Sistema digitales

Microcontroladores en FPGAs

Nombre: Andres Moises Tutiven Galvez
Universidad: escuela politenica del litoral (ESPOL)
Materia: sistema digitales 2

Ciudad: guayaquil, Ecuador

Email: atutiven@espol.edu.ec

Abstract— El diseño de un microcontrolador RISC de 8 bits, que está dirigido principalmente para realizar funciones cruciales sin temporización dentro de los FPGA. El microcontrolador se basa en la popular familia de microcontroladores Microchip PIC16. La característica principal del microcontrolador es que es 4 veces más rápido para las instrucciones regulares y 8 veces más rápido para las instrucciones que modifican el contador del programa, que su arquetipo de Microchip sincronizado con la misma frecuencia. El microcontrolador realiza 33 más de 35 instrucciones del PIC16F877A. El algoritmo del microcontrolador es un código de ensamblador. El código es responsable de la escritura del valor leído desde la ubicación de la memoria de datos

Keywords—PIC16F877A, FPGA, MDCU, SFR, W, AD, ALU.

Introducción

Este trabajo es para dar conocer las características muy importante se un microcontrolador en FPGA. El uso de microcontroladores que programan secuencias de control o máquinas de estados en ensamblajes o lenguajes de alto nivel suele ser más fácil que crear estructuras similares en los FPGA. Por lo tanto, el microcontrolador incorporado puede implementar las funciones de control complejas cruciales sin tiempo, mientras que las funciones de tiempo crítico o de ruta de datos se implementan mejor en la lógica FPGA.

Los proveedores de FPGA también ofrecen núcleos de propiedad intelectual (IP) de microprocesadores de 8 y 32 bits. Los problemas de los núcleos IP de microprocesadores que provienen de un proveedor no se pueden usar con un FPGA de otro proveedor. Por lo tanto, el diseñador tiene que aprender diferentes arquitecturas de microprocesadores, listas de instrucciones y herramientas de desarrollo al usar FPGA de diferentes vendedores.

Microcontrolador RISC de 8 bits está diseñado para el desempeño sin interrupciones Se presentan funciones cruciales dentro de un FPGA. Además, La arquitectura del microcontrolador está basada en el Microchip de la Familia PIC16F87x. La característica importante del microcontrolador es que es 4 veces más rápido y 8 veces más rápido para instrucciones que modifican el contador del programa. El microcontrolador realiza 33 más de 35 instrucciones del PIC16F877A.

1. trabajo relacionados

1. Microcontrolador PIC 16F84 basado en una FPGA

El micro PIC 16F84 está constituido por la ALU, los registro, la memoria de datos RAM y EEPROM, el contador de programa, la memoria de programa, el registro de trabajo W, el registro de estado STATUS, la pila y varios multiplexores que permitirán seleccionar los datos de entrada a la ALU, al bus de direcciones de la memoria.

El micro tiene un bloque de decodificación de instrucciones del emulador para detectar los puntos de interrupción y deshabilitar las entrada de reloj de todos los componentes del emulador hasta que se reciba la orden de continuar desde el PC.

Con respecto al tema de los emuladores, en la Universidad Abierta de Cataluña el autor Bas Gago implementa el emulador de un microcontrolador PIC 16F84 basado en una FPGA, el autor utiliza MPlab para desarrollar el código de funcionamiento el cual es leído por Emulpic una interfaz de usuario desarrollada 8 por el autor en Microsoft C++.NET (Palacios, Remiro, & Lopez, 2006.), desde esta plataforma se logra también la comunicación con la FPGA y el control del emulador ya implementado en la misma (Bas Gago, 2010). [1]

[pic 1]

Ilustración 1 diagrama del bloque del PIC 16F84

1. Microcontrolador PIC 16F877A-16F688 basado en una FPGA

PIC16F877A se usó como parte principal de un sistema de posicionamiento basado en GPRS y un sistema integrado que controla las trayectorias de exploración de un transductor de ultrasonido.

Otro microcontrolador (PIC16F688) se empleó para controlar una condición operativa de la antena de microcinta. También hay una serie de diseños de microcontroladores PIC dirigidos a implementaciones de FPGA.

Ambos núcleos IP, llamados MINIRISC y RISC8 respectivamente, tienen una estructura de ciclo de instrucciones mejorada y son 4 veces más rápidos que el microcontrolador PIC original. Sin embargo, las instrucciones que modifican el contador del programa aún requieren 2 ciclos en el caso del RISC8 y 4 ciclos para el MINIRISC. Por lo tanto, este último es dos veces más lento que el PIC16C57 para estas instrucciones. (Hajduk, Z., 2014) [2]

1. metodologia

El microcontrolador es Idéntico al Microchip PIC16F877A. Lo cual la estructura y algoritmo del micro es:

1. Estructura del micro

La estructura del micro está construido por un decodificador principal y un bloque de la unidad de control (MDCU), de lo cual su función es decodificar las instrucciones y del comportamiento de control de registro de tuberías R1, R2, R3, registro de trabajo (W) y grupo de registros de funciones especiales (SFR), y generando una señal de solicitud de interrupción. Además, tiene dos circuitos combinatorios que están situados cerca de MDCU, que se encargar en evaluar el bloque de valor de PC (NEXTPC) y calcular el siguiente bloque de valor de puntero de pila (NEXTSP).

El microcontrolador está equipado con dos bancos de memoria de datos, llamados registros de propósito general (GPR), implementados físicamente como una RAM distribuida dentro de FPGA.

Los buses de dirección y control de los bancos GPR son controlados por el bloque del decodificador de direcciones (AD), que también es un circuito combinatorio. El bloque AD también controla un multiplexor MUX2, que entrega el primer valor de operando para la unidad aritmética lógica (ALU). Este valor puede ser una salida de bancos GPR o registros SFR o un valor de puerto de entrada o un valor directo proveniente de los 8 bits menos significativos de un bus de INSTRUCCIÓN.

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