[PIC®/AVR®/dsPIC®产品] 单片机内核模拟器实现示例

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 楼主| gaoyang9992006 发表于 2023-4-7 09:05 | 显示全部楼层 |阅读模式
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。
  1. class CPU:
  2.     def __init__(self):
  3.         self.A = 0x00 # Accumulator
  4.         self.PSW = 0x00 # Program status word
  5.         self.DPTR = 0x0000 # Data pointer
  6.         self.PC = 0x0000 # Program counter
  7.         self.IE = False # Interrupt enable flag
  8.         self.IP = 0x00 # Interrupt priority

  9.     def reset(self):
  10.         self.A = 0x00
  11.         self.PSW = 0x00
  12.         self.DPTR = 0x0000
  13.         self.PC = 0x0000
  14.         self.IE = False
  15.         self.IP = 0x00

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

  20.     def decode(self, instr):
  21.         op = (instr >> 3) & 0x1F
  22.         reg = instr & 0x07
  23.         return op, reg

  24.     def execute(self, op, reg, mem):
  25.         if op == 0x00: # NOP
  26.             pass
  27.         elif op == 0x01: # AJMP
  28.             addr = (self.PC & 0xF800) | (reg << 1)
  29.             self.PC = addr
  30.         elif op == 0x02: # LJMP
  31.             addr_hi = mem[self.PC]
  32.             addr_lo = mem[self.PC+1]
  33.             self.PC = (addr_hi << 8) | addr_lo
  34.         # ... more instructions ...

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

  42.     def run(self, mem):
  43.         while True:
  44.             instr = self.fetch(mem)
  45.             op, reg = self.decode(instr)
  46.             self.execute(op, reg, mem)
  47.             if self.PC == 0xFFFF:
  48.                 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。
  1. class CPU:
  2.     def __init__(self):
  3.         self.R = [0] * 32 # General purpose registers
  4.         self.PC = 0x0000 # Program counter
  5.         self.SREG = 0x00 # Status register
  6.         self.IE = False # Interrupt enable flag
  7.         self.INT1 = False # Interrupt 1 flag
  8.         self.INT2 = False # Interrupt 2 flag

  9.     def reset(self):
  10.         self.R = [0] * 32
  11.         self.PC = 0x0000
  12.         self.SREG = 0x00
  13.         self.IE = False
  14.         self.INT1 = False
  15.         self.INT2 = False

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

  20.     def decode(self, instr):
  21.         op = (instr >> 26) & 0x3F
  22.         rd = (instr >> 21) & 0x1F
  23.         rr = (instr >> 16) & 0x1F
  24.         k = instr & 0xFFFF
  25.         return op, rd, rr, k

  26.     def execute(self, op, rd, rr, k, mem):
  27.         if op == 0x00: # NOP
  28.             pass
  29.         elif op == 0x01: # ADD Rd, Rr
  30.             res = self.R[rd] + self.R[rr]
  31.             self.R[rd] = res & 0xFF
  32.             self.SREG = (self.SREG & 0xFD) | ((res >> 8) & 0x02)
  33.             if res & 0x100:
  34.                 self.SREG |= 0x01
  35.             if self.R[rd] == 0:
  36.                 self.SREG |= 0x02
  37.         elif op == 0x02: # SUB Rd, Rr
  38.             res = self.R[rd] - self.R[rr]
  39.             self.R[rd] = res & 0xFF
  40.             self.SREG = (self.SREG & 0xFD) | ((res >> 8) & 0x02)
  41.             if res & 0x100:
  42.                 self.SREG |= 0x01
  43.             if self.R[rd] == 0:
  44.                 self.SREG |= 0x02
  45.         # ... more instructions ...

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

  53.     def run(self, mem):
  54.         while True:
  55.             instr = self.fetch(mem)
  56.             op, rd, rr, k = self.decode(instr)
  57.             self.execute(op, rd, rr, k, mem)
  58.             if self.PC == 0xFFFF:
  59.                 break
  60.             if self.IE and self.INT1:
  61.                 self.interrupt(mem, 1)
  62.             if self.IE and self.INT2:
  63.                 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:
  1. class Memory:
  2.     def __init__(self):
  3.         self.sram = [0] * 1024 # SRAM
  4.         self.io = [0] * 32 # IO registers

  5.     def read(self, addr):
  6.         if addr < 0x0200:
  7.             return self.sram[addr]
  8.         elif addr < 0x0400:
  9.             return self.io[addr - 0x0200]
  10.         elif addr < 0x1000:
  11.             return self.sram[addr]
  12.         else:
  13.             raise Exception("Invalid address")

  14.     def write(self, addr, value):
  15.         if addr < 0x0200:
  16.             self.sram[addr] = value
  17.         elif addr < 0x0400:
  18.             self.io[addr - 0x0200] = value
  19.         elif addr < 0x1000:
  20.             self.sram[addr] = value
  21.         else:
  22.             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。

heisexingqisi 发表于 2023-4-7 14:44 | 显示全部楼层
这么好玩,看来要学一下Python。
wanduzi 发表于 2023-4-9 14:12 | 显示全部楼层
让我想起了NES模拟器。
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