基于低成本FPGA开发板的Oberon系统介绍

1998年，我和Jürg Gutknecht合作完成并发布了编程语言Oberon。Oberon是对我早期开发的其它两种语言Pascal和Modula-2的继承。开发Oberon的初衷在于使其比Modula-2更加简单有效，以便更好地辅助系统编程的教学。1990年时，我们又继续推进，开发了Oberon操作系统（OS）。Oberon OS是工作站的现代化应用，采用Windows窗口且具备文字处理能力。随后，我们又出版相关书籍《Project Oberon》。书中对Oberon编译器和Oberon操作系统进行了详尽的描述，并涵括了详细的指导和大量的源代码。

几年前，我的朋友Paul Reed建议我对此书进行修订和再版，他认为该书对于系统设计的教学非常有价值。不仅如此，有了此书的辅助，那些未来的创新人才得以从头开始建立可靠的系统，而这仅仅只是我帮助他们的开始。

不过工作的开展也并非一帆风顺。我最初针对处理器而开发的编译器已基本不存在了。为此，我不得不在方案中重新编写针对现代处理器的编译器。但稍作研究之后，我无法找出一个符合清晰、规律和简易标准的处理器。所以，我唯有自己重新设计。由于现代FPGA允许设计硬件和系统软件，因此我的这些想法才得以实现。此外，选择Xilinx FPGA可以使系统尽可能保持与1990年开发的原始版本相近，同时又使系统得以进行更新。

新的处理器为RISC，应用在低成本的Digilent Spartan-3开发板中，具有1-Mbyte的静态RAM（SRAM）内存。我对系统硬件所做的唯一改变是，用一个鼠标和SD卡接口替换了旧系统中的硬盘驱动器。书籍和整个系统的源代码都可在projectoberon.com找到。

处理器由以下几部分组成：算术逻辑单元，16个32位的寄存器及指令寄存器的控制单元、信息检索和程序计数器。处理器含有20个指令：4个移动、移位和旋转指令，4个逻辑操作指令，4个整数运算指令，4个浮点算法指令，2个内存访问指令，2个分支指令。

小规模的系统也可以实现强大的功能，此系统便是最佳佐证。相比其它大部分的现代操作系统，Oberon系统的规格非常小，尽管其也包含了一个文件系统、一个文本编辑器和一个查看器（Windows）管理。系统操作有一些简单的规则，但学习如何操作也非常容易。

注释：

本文节选自Xcell Journal最新的期刊。本文郑重公告：“Xcell Journal有权发布行业传奇人物Niklaus Wirth的文章。Niklaus Wirth开发了Pascal语言和一些延伸的编程语言，开创了经典的计算机和软件工程方法。Wirth教授曾获得ACM图灵奖和电子电气工程师协会（IEEE）颁发的计算机先驱奖。如今，他已不再从事教学工作，但却仍然协助教育工作者发掘未来的创新人才。”

Wirth教授最新开发的Oberon系统在Xcell Journal中进行了阐述，其应用在Digilent.旧版的Spartan-3 Starter开发板中。Wirth教授的Oberon系统也为Saanlima公司基于Xilinx Spartan-6 LX45 FPGA的Pipistrello开发板提供了工作平台。Saanlima公司为Pipistrello开发了“机翼”（子板），以按照Oberon系统的要求增强Pipistrello开发板64Mbytes DRAM 和2Mbytes SRAM及PS2键盘和鼠标接口。

Saanlima公司基于Xilinx Spartan-6 LX45 FPGA的Pipistrello开发板

Saanlima公司Pipistrello FPGA 开发板的Oberon子板