80C51虛擬指令執行系統的設計與實(shí)現

摘要：文中以80C51的體系結構和指令系統為基礎，設計并實(shí)現了虛擬80C51指令執行系統，包括虛擬指令執行器和虛擬存儲器。這種設計方法適用于存儲空間和指令規模與80C51相似的單片機指令系統，也可根據需要，增加對80C51單片機的虛擬范圍。
關(guān)鍵字：80C51；虛擬；指令系統

0 引言
在進(jìn)行嵌入式系統開(kāi)發(fā)時(shí)，通常是在宿主機上通過(guò)交叉編譯方式生成目標機平臺的二進(jìn)制代碼，然后將其寫(xiě)入目標機中運行，這種開(kāi)發(fā)方法的一個(gè)缺點(diǎn)是不易調試生成的目標代碼邏輯，因此，目前許多交叉編譯工具都具有在宿主機上調試源代碼的功能。要讓目標機平臺的二進(jìn)制代碼能夠在宿主機上運行，必須提供一個(gè)虛擬的能夠執行目標機指令的系統。本文以80C51單片機為目標機，基于X86平臺的PC機為宿主機，給出了一種在宿主機上構造虛擬目標機指令執行系統的方法。

1 虛擬指令執行系統簡(jiǎn)介
本文所述的80C51虛擬指令執行系統是指用軟件來(lái)模擬80C51指令的執行過(guò)程和執行效果，它主要由虛擬指令執行器和虛擬存儲器組成。虛擬指令執行器是虛擬指令執行系統的核心模塊，它將指令的執行過(guò)程分為取指令、分析指令和執行指令三個(gè)階段，模擬這三個(gè)階段的操作并虛擬出指令的執行效果。虛擬存儲系統是虛擬指令執行系統必不可少的模塊，它反映著(zhù)虛擬指令執行器執行指令的效果，本文以80C51體系中存儲器的結構為依據，虛擬出存儲器空間和寄存器，并提供了虛擬指令執行器訪(fǎng)問(wèn)虛擬存儲器的接口。
圖1是虛擬80C51指令執行系統的總體結構圖，同時(shí)圖1也顯示了系統運行的三個(gè)基本過(guò)程：

(1)加載二進(jìn)制文件到虛擬存儲器的ROM中
(2)虛擬指令執行器周期性地從虛擬存儲器的ROM中取指令、分析指令并且執行指令
(3)指令在執行過(guò)程中通過(guò)讀寫(xiě)虛擬存儲器中的內存和寄存器來(lái)反映指令執行效果
顯然，上述過(guò)程是圍繞著(zhù)虛擬指令執行器和虛擬存儲器進(jìn)行的。

2 虛擬存儲器的設計與實(shí)現
加載過(guò)程和虛擬指令執行器都依賴(lài)于虛擬存儲器，因此先介紹虛擬存儲器的實(shí)現是必要的。從訪(fǎng)問(wèn)的角度分析，寄存器和存儲器具有同樣的屬性，可以使用類(lèi)似的實(shí)現方法虛擬它們。本文虛擬存儲器的范圍包括虛擬的存儲空間和寄存器。
2．1 虛擬80C51存儲空間
80C51的存儲空間除了有ROM和RAM之分，還有片內和片外之分。80C51指令在執行的時(shí)候訪(fǎng)問(wèn)的數據可以存在于以下四種類(lèi)型的存儲單元中：片內ROM，片外ROM，片內RAM，片外RAM，它們的地址空間見(jiàn)表1。