嵌入式系统是一个面向应用、技术密集、资金密集、高度分散、不可垄断的产业,随着各个领域应用需求的多样化,嵌入式设计技术和芯片技术也经历着一次又一次的革新。虽然ASIC的成本很低,但设计周期长、投入费用高、风险较大、而可编程逻辑器件设计灵活、功能强大、尤其是高密度现场可编程逻辑器件,其设计性能已完全能与ASIC媲美,而且由于FPGA的逐步普及,其性能价格比已足以与ASIC抗衡。因此,FPGA在嵌入式系统设计领域已占据着越来越重要的地位。本文完成的是基于FPGA的嵌入式系统设计,嵌入式系统设计包括CPU的设计,操作系统的研究以及协议栈的研究等。本文以Stratix系列的EP1S25F780C5为基础构建了主要硬件平台,对8051 IP CORE进行改进,综合、仿真研究,以及FPGA硬件调试,μC/OS-Ⅱ操作系统的移植研究,TCP/IP协议栈的研究等。本文首先介绍了嵌入式实时操作系统的相关概念及国内外发展现状,第二章研究8051 IP CORE软核以及其主要特征,并进行改进研究,对8051 IP CORE进行综合分析,仿真研究,包括存储器模块研究,运算单元模块研究,定时器模块研究,串口模块以及并口模块研究。第三章主要是硬件平台的搭建,本文在基于FPGA的硬件平台上调试8051 IP CORE的各个模块,并对8051 IP CORE的中断机制进行了调试研究,中断调试是本章节的重点及难点。第四章对μC/OS-Ⅱ操作系统进行移植研究以及调试,其中包括小模式下仿真堆栈的设计,用户堆栈的设计,高优先级任务到低优先级任务之间的堆栈切换,低优先级任务的堆栈内容映象,可重入函数的设计以及移植调试等。第五章是TCP/IP协议栈的移植,基于本文的硬件平台以及上层系统的考虑,本文最后选用的TCP/IP协议栈是UIP协议栈,网络接口层采用的是SLIP协议。网络接口层的设计,包括数据帧的发送,接收以及封装等。该系统不仅可以广泛应用于工业控制领域,实现工业监控系统的网络化,经过进一步开发,在仪器仪表、智能小区等领域也有广泛的应用前景和推广价值。