DSpace at VNU: Nghiên cứu và triển khai hệ vi xử lý trên cơ sở lõi xử lý MicroBlaze, thử nghiệm ứng dụng trên FPGA

Nghiên cứu và triển khai hệ vi xử lý trên cơ sở
lõi xử lý MicroBlaze, thử nghiệm ứng dụng
trên FPGA
Vũ Thị Kim Nhung
Trường Đại học Công nghệ
Luận văn Thạc sĩ ngành: Kỹ thuật điện tử; Mã số: 60 52 70
Người hướng dẫn: TS. Trần Xuân Tú
Năm bảo vệ: 2010
Abstract: Tổng quan về hệ vi xử lý và hệ thống trên một chip: giới thiệu chung về vi
xử lý, hệ vi xử lý, hệ thống trên một vi mạch, phương pháp và công nghệ thiết kế vi
mạch VLSI và ngôn ngữ VHDL, một ngôn ngữ thiết kế phần cứng được sử dụng trong
quá trình thực thi đề tài. Lõi vi xử lý mềm MicroBlaze: nghiên cứu, tìm hiểu cụ thể về
lõi xử lý mềm MicroBlaze như cấu trúc bộ nhớ, các thanh ghi và các giao tiếp tín hiệu
cũng như tập lệnh của MicroBlaze. Triển khai hệ vi xử lý trên cơ sở lõi xử lý
MicroBlaze: trình bày cụ thể quá trình thiết kế hệ vi xử lý thực nghiệm trên cơ sở lõi
xử lý MicroBlaze từ ý tưởng xây dựng hệ vi xử lý đến các bước dùng phần mềm EDK
để kết nối các thành phần trong hệ và thực thi hệ trên kit FPGA Spartan-3E của hãng
Xilinx. Kiểm thực hệ thống với một số ứng dụng minh hoạ: Chương này triển khai
một số ứng dụng của hệ vi xử lý đã xây dựng
Keywords: Kỹ thuật điện tử; Chip; Vi xử lý; Điện tử học
Content
Thiết kế và phát triển các vi mạch tích hợp (IC) và các hệ thống điện tử là lĩnh vực
không thể thiếu được trong việc công nghiệp hóa, hiện đại hóa một đất nước. Sự ra đời và
phát triển của công nghệ FPGA (Field-Programable Gate Array) với các chip có thể lập trình
được tạo điều kiện cho những nước bước đầu làm quen với thiết kế vi mạch tích hợp như
chúng ta có thể nhanh chóng hoà nhập với cộng đồng các nước có ngành công nghiệp điện tử
phát triển. Công nghệ FPGA cho phép chế tạo thử hay triển khai một số ứng dụng với quy mô
vừa phải với giá thành phải chăng. Tất nhiên, chúng ta cũng cần lưu ý là FPGA chỉ cho phép
triển khai các ứng dụng không đòi hỏi đáp ứng những yêu cầu quá khắt khe về hiệu năng của
hệ thống.
Trước đây, một hệ thống điện tử (ví dụ như hệ thống máy tính) thường bao gồm nhiều

vi mạch gắn trên các bản mạch in khác nhau, được ghép nối với nhau để thực hiện các chức
năng của hệ thống. Ngày nay, nhờ sự phát triển nhanh chóng của công nghệ bán dẫn và các kỹ
thuật thiết kế mạch tích hợp, chúng ta đã có thể tích hợp cả hệ thống hoàn chỉnh đó lên trên
một vi mạch đơn. Hệ thống tích hợp trên một vi mạch đơn này được gọi là Hệ thống trên một
chip (trong tiếng Anh gọi là "System-on-Chip" và viết tắt là "SoC").
Hầu hết các hệ thống trên chip đều chứa đựng ít nhất một vi xử lý (dù đơn giản hay
phức tạp) và các ứng dụng của chúng đều được xây dựng như là một hệ vi xử lý (trên chip
hoặc bán trên chip). Trong khuôn khổ đề tài “ Nghiên cứu và triển khai hệ vi xử lý trên cơ


sở lõi xử lý MicroBlaze, thử nghiệm ứng dụng trên FPGA”, tôi triển khai xây dựng một hệ
vi xử lý tương đối đơn giản trên cơ sở lõi vi xử lý MicroBlaze của hãng Xilinx, các ứng dụng
được thực hiện trên kit phát triển FPGA Spartan-3E của hãng Xilinx, tạo tiền đề cho việc thiết
kế các hệ thống trên chip và triển khai các ứng dụng cụ thể của hệ vi xử lý về sau.
Báo cáo luận văn được trình bày gồm 4 chương:
Chương 1. Tổng quan về hệ vi xử lý và hệ thống trên một chip: Chương này giới
thiệu chung về vi xử lý, hệ vi xử lý, hệ thống trên một vi mạch, phương pháp và công nghệ
thiết kế vi mạch VLSI và ngôn ngữ VHDL, một ngôn ngữ thiết kế phần cứng được sử dụng
trong quá trình thực thi đề tài.
Chương 2. Lõi vi xử lý mềm MicroBlaze: Chương này nghiên cứu, tìm hiểu cụ thể về
lõi xử lý mềm MicroBlaze như cấu trúc bộ nhớ, các thanh ghi và các giao tiếp tín hiệu cũng
như tập lệnh của MicroBlaze.
Chương 3. Triển khai hệ vi xử lý trên cơ sở lõi xử lý MicroBlaze: Chương này trình
bày cụ thể quá trình thiết kế hệ vi xử lý thực nghiệm trên cơ sở lõi xử lý MicroBlaze từ ý
tưởng xây dựng hệ vi xử lý đến các bước dùng phần mềm EDK để kết nối các thành phần
trong hệ và thực thi hệ trên kit FPGA Spartan-3E của hãng Xilinx.
Chương 4. Kiểm thực hệ thống với một số ứng dụng minh hoạ: Chương này triển khai
một số ứng dụng của hệ vi xử lý đã xây dựng ở chương 3.
References
[1] Douglas L. Perry (2002), VHDL: Programmingby Example, McGraw-Hill.

[2] IBM (2001), 32-bit Processor Local Bus Architecture Specifications (Version 2.9).
[3] IBM (2009), PLBV46 Master (v1.00a).
[4] Rod Jesman Fernando Martinez Vallina Jafar Saniie, MicroBlaze Tutorial Creating a
Simple Embedded System and Adding Custom Peripherals Using Xilinx EDK Software
Tool.
[5] Smith, M. J. (1997), Application – SpecificIntegrated Circuits (ASICs the book),
Addison-Wesley.
[6] Xilinx (2008), MicroBlaze Processor Reference Guide UG081 (v9.0).
[7] Xilinx (2007), PLBV46_SLAVE_SINGLE (v1.00a).
[8] Xilinx (2008), Spartan-3E FPGA Starter Kit Board User Guide (v1.1).
[9] Xilinx (2007), EDK 9.2 MicroBlaze Tutorial in Virtex-4.
[10] Xilinx (2008), XPS Serial Peripheral Interface (SPI) (v1.00a)
[11] Xilinx (2008), XPS UART Lite (v1.00a)
[12] />[13] Integrated_circuit, .
[14] System-on-chip,
[15]
[16]

2


[17]
[18]

3