Z80Explorer网表模拟器：经典Z80芯片逆向工程新范式
项目地址: https://gitcode.com/GitHub_Trending/z8/z80-open-silicon 你是否还在为Zilog原厂停产后的芯片替换方案发愁？是否想深入理解经典Z80处理器的内部逻辑却苦于没有开源工具？本文将带你探索Z80-open-silicon项目中最具突破性的逆向工程工具——Z80Explorer网表模拟器，用开源方案解决8位CPU的硬件传承难题。读完本文，你将掌握网表级仿真的核心方法，获取Z80芯片的完整逆向分析流程，并了解如何将开源硅设计应用于复古计算机和嵌入式系统开发。
逆向工程的技术突围：从Verilog到网表级仿真
Z80-open-silicon项目的核心使命是打造硅验证级、引脚兼容的开源Z80替代方案。随着2024年Zilog宣布Z80系列芯片停产，开源社区亟需突破传统逆向工程的技术瓶颈。项目采用三级技术路线并行推进：基于TV80的Verilog实现、A-Z80的指令集仿真，以及Z80Explorer的网表级逆向分析。
网表级仿真相比传统RTL仿真具有独特优势：它直接映射物理晶体管连接关系，能精确复现原始芯片的时序特性和硬件行为。这种"透视"能力让开发者可以：
- 捕获原版Z80的微妙电气特性
- 验证开源实现与原始芯片的兼容性
- 分析历史遗留的硬件bug和 undocumented特性
核心架构解析：网表模拟器的工作原理
Z80Explorer采用创新的混合仿真架构，将提取的物理网表与行为级模型相结合。其核心组件包括：
项目中与Z80Explorer相关的关键实现位于：
- 顶层模块定义：src/tt_um_rejunity_z80.v
- TV80核心集成：src/tv80/tv80_core.v
- 测试平台：test/tb.v
门级网表模拟器的独特价值在于能够精确复现原始芯片的每一个逻辑门延迟。例如在docs/Z8400_Z84C00_Product_Specification.pdf中记载的4MHz主频限制，通过网表仿真可以验证开源实现是否满足这一时序约束。
实操指南：从零开始的网表仿真流程
环境准备
# 克隆项目仓库
git clone https://gitcode.com/GitHub_Trending/z8/z80-open-silicon
cd z80-open-silicon
# 安装仿真依赖
cd test && pip install -r requirements.txt
基础仿真步骤
-
网表提取：使用GDSII文件生成门级网表
make -B GATES=yes # 生成门级网表仿真文件 -
波形分析：通过GTKWave观察信号行为
gtkwave tb.vcd tb.gtkw # 打开预配置的波形视图 -
指令集验证：运行ZEXALL兼容性测试
./test.py --mode explorer # 使用Z80Explorer模式执行测试
高级应用：性能优化与兼容性验证
通过网表仿真可以精确测量每个指令的执行周期，这对于复古计算机的FPGA移植至关重要。例如在RC2014系统上的兼容性测试流程记录于docs/rc2014_test_guide.md，其中详细描述了如何使用Z80Explorer验证内存时序和总线交互。
对比分析：网表仿真vs传统RTL实现
| 特性 | Z80Explorer网表仿真 | TV80 Verilog实现 | A-Z80行为级模型 |
|---|---|---|---|
| 时序精度 | 物理级精确匹配 | 功能等效 | 指令级抽象 |
| 资源需求 | 高（GB级内存） | 中（MB级内存） | 低 |
| 仿真速度 | 慢（kHz级） | 中（MHz级） | 快（GHz级） |
| 调试难度 | 高（晶体管级） | 中（RTL级） | 低（C模型） |
| 兼容性验证 | ★★★★★ | ★★★★☆ | ★★★☆☆ |
网表模拟器特别适合解决那些"只在原版芯片上工作"的神秘硬件问题。项目文档docs/info.md中提到的"非法指令"测试，正是网表仿真能够发挥独特价值的场景。
未来展望：开源硅设计的新可能
随着Z80Explorer的发展，项目计划实现：
- 全指令集ZEXALL测试覆盖
- 与TV80 Verilog实现的自动对比工具
- 基于网表的功耗分析模块
Z80-open-silicon项目不仅是芯片替换方案，更是开源硬件逆向工程的方法论探索。通过Z80Explorer网表模拟器，我们正在建立"从硅到代码"的完整逆向工程链路，为其他经典芯片的开源化提供可复用的技术框架。
参与贡献
- 提交网表提取工具改进：src/config.json
- 添加新的测试用例：test/test.py
- 改进文档：docs/info.md
本文配套视频教程即将发布，关注项目仓库获取更新通知。如有技术问题，欢迎在项目issue区交流讨论。
扩展资源：
- Z80指令集参考：docs/info.md#Z80-technical-capabilities
- 测试指南：docs/rc2014_test_guide.md
- 芯片照片集：docs/tt07_chip_alt.png
如果本文对你的开源硬件项目有帮助，请点赞收藏并关注项目进展！下一期我们将深入探讨Z80的中断系统逆向分析。
创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考
