1 导言
跟着超大规划集成电路工艺的展开，在一颗芯片上集成上百万乃至上亿个晶体管已成为实际。现在，芯片厂商都以面积最小化、功用最大化作为自己的展开方向，深亚微米效应理论及IP 核技能越来越遭到理论界和工业界的广泛重视，体系芯片是当时技能展开的必然趋势。计算机的展开阅历了电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机和大规划集成电路计算机，它的展开一直是将越来越多的功用集成在越来越小的空间内。能够预见，在某些特定范畴，半导体制造业朝着整合型单芯片体系的整体趋势将会日益显着。
所谓单芯片计算机便是将传统PC 机箱里的主板上的芯片组、CPU、内存、显卡、声卡和网卡等最大极限的集成在单个芯片中。单芯片计算机与传统PC 比较，分量、体积和功耗大幅下降，然后体系功能将得到很大地改进，一起带来价格的突破性下降，直接促进计算机的敏捷遍及。
本文建立的单芯片计算机体系根据规范8086 CPU，集成了AMBA总线、SDRAM、8255、ROM 等外围IP，并在AlteraDE2FPGA开发板上完成了功用演示。
2 单芯片计算机的展开概略
单芯片计算机是一个完好的计算机体系，CPU、存储器和输入输出接口，经过总线衔接，构成了单芯片计算机的根本体系。单芯片计算机的体系级规划，是以CPU 为中心展开的I/O和外设集成进程，是根本的SoC规划流程。
近几年，Intel、AMD 和VIA 等微处理器制造商纷繁推出渠道战略，将微处理器和芯片组组合在一起，构成一个完好的解决方案，并方案将来进一步推出集成一切芯片的单芯片微处理器。Intel 公司频推渠道战略，方案进一步推出整合一切芯片的单芯片计算机，还*了一个由500 名工程师组成的研制团队，开发其单芯片电脑产品，期望将现在电脑主板上的32 颗芯片悉数集成到单一的芯片中。 而在AMD 四核皓龙处理器中，四个独立的CPU 核集成到单一硅片上，每个核具有独自的64KB 一级数据缓存、64KB 一级指令缓存和512KB 的二级缓存，四个中心同享2MB（或许更大）的三级缓存。这样每个CPU 核都能够充分发挥各自的效能，然后大幅度提高整个处理器的功能。
单芯片计算机的规划，是一个根据某一种类型CPU 及其外围I/O 接口的SoC 规划进程。因而，挑选哪种类型的CPU 就成了规划的首要问题。归纳规划难度，工程进度的要素，一起考虑所选CPU 要有必定的代表性，因而终究挑选规范Intel 8086 CPU。根据8086 的单芯片计算机根本结构，如图1 所示。
3 单芯片计算机体系的规划
8086 CPU 芯片有两种作业形式，最小形式与最大形式。所谓最小形式，是指体系中只要一个8086 微处理器，在这种情况下，一切的总线操控信号，都直接由8086 CPU 发生，体系的总线操控逻辑电路被减到最少，该形式适用于规划较小的微机使用体系。
本试验选用8086 的最小作业形式进行单芯片计算机的规划。所谓单芯片计算机体系规划，即除了包含CPU、ROM、RAM、总线、地址锁存器、数据收发器、外设地址译码电路以外，集成一个或一个以上的外围I/O 接口，然后构成一个完好的体系。建立的体系结构图如2 所示。
本论文所规划的8086 单芯片计算机体系集成了遵照AMBA 协议的总线、8255 通用并行接口，以及SDRAM 操控器。在这里，以8255 通用并行接口为例，介绍包含8255 使用电路的单芯片计算机体系的规划。8255 作为外围I/O 设备经过AHB 总线与8086CPU 进行通讯。
单芯片计算机体系的RTL 级规划是一个SoC 的规划进程。包含CPU 子体系的规划、总线的挑选和接口规划，以及存储器单元的接口规划。
3.1 CPU 子体系的规划
CPU 子体系包含8086 CPU、数据收发操控器、地址锁存器和存储器译码电路等。
CPU 与存储器（或I/O 端口）进行交流时，CPU 首先要送出地址信号，然后再宣布操控信号及传送数据。因而需求参加地址锁存器，先锁存地址，使在读写总线周期内地址安稳。
数据收发操控器相当于一个总线开关，用来操控CPU 的数据总线挑选从存储单元或I/O端口发送或承受数据，匹配通讯时序。
存储器译码电路与74LS138 原理相同，使用地址线生成ROM 和RAM 单元的片选信号。CPU 上电复位后地址为FFFF0H，首先从ROM 里读出程序，该程序是无条件跳转指令，能够使CPU 跳转到RAM 的地址。CPU 再从SDRAM 里读出程序。
3.2 总线的挑选和规划
总线的集成对缩小芯片的面积以及削减总线的扇出都有十分活跃的含义。规范的8086CPU，一般选用的是传统的三总线结构，便是地址总线、数据总线、操控总线，根据这个总线架构，还能够扩展8255、显示器、键盘/鼠标、网卡之类的IP。
3.2.1 总线协议的挑选
传统的8086 系列CPU 体系总线有ISA 总线、EISA 总线等。ISA 总线是16 位的体系总线，其作业频率为8MHz，数据传输速率为16MB/s。EISA 是一种在ISA 总线基础上扩大的数据宽度为32 位的敞开总线规范。最大传输速率能够到达33MB/s。可是因为I/O 速度比较低，这两种总线技能现已逐步被筛选。
