"υλοποίηση Μικροεπεξεργαστών Σε Τεχνολογία Xilinx Fpgas"

Abstract

Το περιεχόμενο αυτής της διπλωματικής εργασίας περιλαμβάνει τη χρησιμοποίηση ολοκληρωμένων ψηφιακών κυκλωμάτων προγραμματιζόμενης λογικής (FPGAs), ως πλατφόρμας ανάπτυξης εκείνου του hardware που υλοποιεί τις λειτουργίες μικροεπεξεργαστών και μικροελεγκτών. Στόχος ήταν η προσομοίωση και σύνθεση των κυκλωμάτων τέτοιων ψηφιακών συστημάτων, με χρήση ειδικών γλωσσών περιγραφής υλικού (HDL - Hardware Description Language), στα αντίστοιχα προγραμματιστικά περιβάλλοντα που χρησιμοποιούνται γι'αυτό το σκοπό. Στη συνέχεια, την προσομοίωση και τη σύνθεση στο περιβάλλον του υπολογιστή ακολούθησε η σύνθεση και υλοποίηση του hardware των μικροεπεξεργαστών πάνω στο FPGA, καθώς και η διαδικασία φόρτωσης του προγράμματος εκτέλεσης του χρήστη (εφαρμογή) με διάφορες τεχνικές βασιζόμενες στην τεχνολογία της Χilinx, που αναλύονται και επεξηγούνται στα παρακάτω κεφάλαια.Συγκεκριμένα, στα πλαίσια της εργασίας περιγράφεται σε κώδικα VHDL και στη συνέχεια υλοποιείται σε αναπτυξιακά συστήματα με FPGA της εταιρείας Xilinx μια σειρά από επεξεργαστές, όπως π.χ. ο 8086 και ο 8085 της Intel. O 8085, ειδικότερα, υλοποιείται μαζί με το ολοκληρωμένο σύστημα του microlab που υπάρχει στο εργαστήριο Μικροϋπολογιστών και το οποίο χρησιμοποιείται, εκτός των άλλων, εκτεταμένα καί για εκπαιδευτικούς σκοπούς. Επίσης, υλοποιείται ο μικροελεγκτής της Intel 8051 σε Virtex II αλλά καί σε Spartan 3, όπως και ένας Controller που ελέγχεται μέσω της παράλληλης θύρας του PC, προκειμένου να οδηγήσουμε μια κάρτα με περιφερειακές συσκευές, συνδεόμενες με την κάρτα του FPGA Spartan II.O προγραμματισμός των FPGAs γίνεται με χρήση του ειδικού πρωτοκόλλου προγραμματισμού JTAG/Boundary Scan, τα βασικά χαρακτηριστικά του οποίου αναλύονται και στο εισαγωγικό κεφάλαιο της αναφοράς. Επίσης, γίνεται αναφορά στην τεχνολογία των FPGAs και στις πλακέτες όπου και έγινε ο προγραμματισμός και η ανάπτυξη (Development boards). Στα πλαίσια της εργασίας, ο 8085 μαζί με όλο το σύστημα του microlab υλοποιείται σε Spartan 3, o 8086 σε Virtex II, ενώ ο 8051 υλοποιείται πάνω και στις δύο αυτές πλατφόρμες αναπτυξιακών συστημάτων.Τέλος, ο controller της παράλληλης θύρας του PC υλοποιείται πάνω στην πλατφόρμα του Spartan II FPGA και των καρτών Digilab 2 και Digilab 2 I/O. Tα αναπτυξιακά συστήματα που περιλαμβάνουν on - board τα αντίστοιχα FPGAs αναλύονται ως προς τα βασικά τους χαρακτηριστικά και τις δυνατότητές τους στο πρώτο κεφάλαιο, όπου επίσης γίνεται αναφορά στην τεχνολογία των FPGAs γενικά, αλλά και στο περιβάλλον προγραμματισμού τους από την εταιρεία Xilinx που τα κατασκευάζει.Στο πρώτο κεφάλαιο, επίσης, δίνονται και τα βασικά θεωρητικά στοιχεία πάνω στην τεχνολογία των FPGAs, ενώ στα επόμενα κεφάλαια αναλύεται σε θεωρητικό επίπεδο και κατόπιν σε επίπεδο ανάλυσης της υλοποίησης, το καθένα από τα τέσσερα VHDL cores που αναφέραμε και πιο πάνω, περιλαμβάνοντας όπου χρειάζεται και τα χαρακτηριστικά μέρη του κώδικα σε VHDL, ο οποίος αντιστοιχεί στο καθένα από αυτά.