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单片机内核模拟器实现示例

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先展示8051的:
以下是一个简单的 8051 单片机模拟器的 Python 代码示例,它可以模拟 8051 的基本指令集、中断、IO 端口等功能。
class CPU:
    def __init__(self):
        self.A = 0x00 # Accumulator
        self.PSW = 0x00 # Program status word
        self.DPTR = 0x0000 # Data pointer
        self.PC = 0x0000 # Program counter
        self.IE = False # Interrupt enable flag
        self.IP = 0x00 # Interrupt priority

    def reset(self):
        self.A = 0x00
        self.PSW = 0x00
        self.DPTR = 0x0000
        self.PC = 0x0000
        self.IE = False
        self.IP = 0x00

    def fetch(self, mem):
        instr = mem[self.PC]
        self.PC += 1
        return instr

    def decode(self, instr):
        op = (instr >> 3) & 0x1F
        reg = instr & 0x07
        return op, reg

    def execute(self, op, reg, mem):
        if op == 0x00: # NOP
            pass
        elif op == 0x01: # AJMP
            addr = (self.PC & 0xF800) | (reg << 1)
            self.PC = addr
        elif op == 0x02: # LJMP
            addr_hi = mem[self.PC]
            addr_lo = mem[self.PC+1]
            self.PC = (addr_hi << 8) | addr_lo
        # ... more instructions ...

    def interrupt(self, mem, int_num):
        self.IE = False
        self.IP = int_num
        self.PSW = (self.PSW & 0xCF) | ((int_num & 0x03) << 4)
        mem[0x03] = self.PC & 0xFF
        mem[0x02] = self.PC >> 8
        self.PC = int_num * 8 + 3

    def run(self, mem):
        while True:
            instr = self.fetch(mem)
            op, reg = self.decode(instr)
            self.execute(op, reg, mem)
            if self.PC == 0xFFFF:
                break
这个模拟器实现了 8051 的基本指令集,并支持中断处理。它可以与一个简单的内存模块结合使用,模拟 8051 的内存和 IO 端口等行为。需要注意的是,这个模拟器只是一个示例,可能并不完全符合实际的 8051 单片机的行为,具体应用时需要根据实际需求进行修改和扩展。

再展示AVR的:
以下是一个简单的 AVR 单片机模拟器的 Python 代码示例,它可以模拟 AVR 的基本指令集、中断、IO 端口等功能。
class CPU:
    def __init__(self):
        self.R = [0] * 32 # General purpose registers
        self.PC = 0x0000 # Program counter
        self.SREG = 0x00 # Status register
        self.IE = False # Interrupt enable flag
        self.INT1 = False # Interrupt 1 flag
        self.INT2 = False # Interrupt 2 flag

    def reset(self):
        self.R = [0] * 32
        self.PC = 0x0000
        self.SREG = 0x00
        self.IE = False
        self.INT1 = False
        self.INT2 = False

    def fetch(self, mem):
        instr = mem[self.PC]
        self.PC += 1
        return instr

    def decode(self, instr):
        op = (instr >> 26) & 0x3F
        rd = (instr >> 21) & 0x1F
        rr = (instr >> 16) & 0x1F
        k = instr & 0xFFFF
        return op, rd, rr, k

    def execute(self, op, rd, rr, k, mem):
        if op == 0x00: # NOP
            pass
        elif op == 0x01: # ADD Rd, Rr
            res = self.R[rd] + self.R[rr]
            self.R[rd] = res & 0xFF
            self.SREG = (self.SREG & 0xFD) | ((res >> 8) & 0x02)
            if res & 0x100:
                self.SREG |= 0x01
            if self.R[rd] == 0:
                self.SREG |= 0x02
        elif op == 0x02: # SUB Rd, Rr
            res = self.R[rd] - self.R[rr]
            self.R[rd] = res & 0xFF
            self.SREG = (self.SREG & 0xFD) | ((res >> 8) & 0x02)
            if res & 0x100:
                self.SREG |= 0x01
            if self.R[rd] == 0:
                self.SREG |= 0x02
        # ... more instructions ...

    def interrupt(self, mem, int_num):
        self.IE = False
        self.PC = int_num * 4
        self.R[31] = self.SREG
        self.SREG |= (int_num << 3)
        mem[0x005E] = self.PC & 0xFF
        mem[0x005F] = self.PC >> 8

    def run(self, mem):
        while True:
            instr = self.fetch(mem)
            op, rd, rr, k = self.decode(instr)
            self.execute(op, rd, rr, k, mem)
            if self.PC == 0xFFFF:
                break
            if self.IE and self.INT1:
                self.interrupt(mem, 1)
            if self.IE and self.INT2:
                self.interrupt(mem, 2)
这个模拟器实现了 AVR 的基本指令集,并支持中断处理。它可以与一个简单的内存模拟器结合使用,模拟 AVR 的 IO 端口和存储器。以下是一个简单的内存模拟器的 Python 代码示例:
class Memory:
    def __init__(self):
        self.sram = [0] * 1024 # SRAM
        self.io = [0] * 32 # IO registers

    def read(self, addr):
        if addr < 0x0200:
            return self.sram[addr]
        elif addr < 0x0400:
            return self.io[addr - 0x0200]
        elif addr < 0x1000:
            return self.sram[addr]
        else:
            raise Exception("Invalid address")

    def write(self, addr, value):
        if addr < 0x0200:
            self.sram[addr] = value
        elif addr < 0x0400:
            self.io[addr - 0x0200] = value
        elif addr < 0x1000:
            self.sram[addr] = value
        else:
            raise Exception("Invalid address")
该模拟器使用一个 SRAM 数组模拟 SRAM 存储器,使用一个 IO 数组模拟 IO 端口。可以使用 read 和 write 方法对存储器和 IO 端口进行读写操作。

将 CPU 和内存模拟器组合在一起,可以实现一个简单的 AVR 单片机模拟器。然而,需要注意的是,这只是一个基础的模拟器,不能实现复杂的芯片功能和外设操作。实际上,现有的 AVR 模拟器通常还包含更多的功能,如调试器、仿真外设等。

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沙发
heisexingqisi| | 2023-4-7 14:44 | 只看该作者
这么好玩,看来要学一下Python。

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板凳
wanduzi| | 2023-4-9 14:12 | 只看该作者
让我想起了NES模拟器。

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认证:西安公路研究院南京院
简介:主要工作从事监控网络与通信网络设计,以及从事基于嵌入式的通信与控制设备研发。擅长单片机嵌入式系统物联网设备开发,音频功放电路开发。

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