DSpace at VNU: Nghiên cứu, thiết kế vi xử lý 8 Bít dựa trên công nghệ FPGA

Nghiên cứu, thiết kế vi xử lý 8 Bít dựa trên công
nghệ FPGA
Trần Hiếu
Trường Đại học Cồng nghệ
Luận văn ThS chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử; Mã số: 60 52 70
Người hướng dẫn: PGS. TS. Trần Quang Vinh
Năm bảo vệ: 2008
Abstract: Tìm hiểu xu hướng, loại thiết bị lôgic lập trình hiện nay, thiết kế tập lệnh,
datapath và bộ điều khiển cho một vi xử lý 8 bít đơn giản dựa trên kiến trúc RISC với 33
lệnh trong tập lệnh. Tiến hành triển khai bằng ngôn ngữ Verilog và mô phỏng kiểm tra
chức năng của vi xử lý bằng phần mềm ModelSim. Từ đó cải tiến dần vi xử lý để có thể
có khả năng tính toán tốt hơn, áp dụng kĩ thuật đường ống pipeline, nâng độ sâu của bộ
nhớ stack, mở rộng không gian nhớ của bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu dùng kĩ
thuật banking. Đồng thời tổng hợp thiết kế trên kít FPGA DE2 của Altera và chạy thử các
chương trình nhỏ, trình bày một ứng dụng nhỏ sử dụng vi điều khiển vừa được thiết kế.
Keywords: Công nghệ FPGA; Kỹ thuật điện tử; Thiết kế vi xử lý

Content
LỜI NÓI ĐẦU
Với xu hướng phát triển rất nhanh của các bộ vi xử lý cũng như yêu cầu ngày càng cao
của người dùng, việc phát triển một một bộ vi xử lý với tốc độ tính toán thật mạnh đã và đang là
yêu cầu khẩn thiết đối với những nhà phát triển công nghệ. Việc thiết kế các bộ vi xử lý có khả
năng tính toán cao không còn là một vấn đề mới mẻ trên thế giới, nhưng với Việt Nam nó vẫn
đòi hỏi phải vượt qua những khó khăn nhất định. Trong luận văn này tác giả không có tham vọng
thiết kế một bộ vi xử lý có khả năng tính toán cao mà chủ yếu tập trung vào phân tích kiến trúc
và thiết kế một vi xử lý đơn giản. Mục đích chính của tác giả là nắm được kiến trúc, quy trình
thiết kế, triển khai và kiểm định một vi xử lý. Trên cơ sở đó tác giả sẽ mở rộng, cải tiến một vài
mô đun, chức năng của vi xử lý để nâng cao dần hiệu suất tính toán của vi xử lý. Kết quả của
luận văn sẽ là tiền đề để tác giả có thể phát triển những vi xử lý mới có tốc độ xử lý cao hơn.
Luận văn sẽ bắt đầu với việc tìm hiểu về xu hướng cũng như những loại thiệt bị lôgic lập
trình được hiện nay, tìm hiểu, thiết kế tập lệnh, datapath và bộ điều khiển cho một vi xử lý 8 bít

đơn giản dựa trên kiến trúc RISC với 33 lệnh trong tập lệnh, tiến hành triển khai bằng ngôn ngữ
Verilog và mô phỏng kiểm tra chức năng của vi xử lý bằng phần mềm ModelSim. Mục đích
chính của phần đầu này là hiểu về quy trình thiết kế và xây dựng môi trường phát triển. Sau đó


tác giả sẽ cải tiến dần vi xử lý để có thể có khả năng tính toán tốt hơn, như áp dụng kĩ thuật
đường ống pipeline, nâng độ sâu của bộ nhớ stack, mở rộng không gian nhớ của bộ nhớ chương
trình và bộ nhớ dữ liệu dùng kĩ thuật banking. Cuối cùng thực hiện tổng hợp thiết kế trên kít
FPGA DE2 của Altera và chạy thử các chương trình nhỏ. Phần cuối cùng tác giả sẽ trình bày về
một ứng dụng nhỏ sử dụng vi điều khiển vừa được thiết kế. Kết quả cho thấy, vi điều khiển có
thể thực hiện đúng được những chức năng cơ bản.
References

1. David A. Patterson, John L. Hennesly, Computer organization and design the hardware
software interface 3rd 2004.
2. David A. Patterson, John L. Hennesly, Computer Architecture a Quantiative Aprroach.
3. Thomas & Moorby’s The verilog Hardware Discription Laguage, fifth edition.
4. Zainalabedin, Digital Design and Implimentation with Field Programable Devices.
5. Nicola Bombieri, Hardware Design and Simulation for Verification. The 6 th international
school on Formal Methods for Design of Computer, Communication, and Software
Systems, SFM 2006 Bertinolo, Italy, May, 2006.
6. Volnei A. Pedroni, Circuit Design with VHDL, MIT Press, 2004
7. Xilinx , MicroBlaze Processor reference guide
8. www.microchip.com
9. [43] Ghosh, S., Chakraborty, T.: On behavior fault modeling for digital design.
International Journal of Electronic Testing: Theory and application. (1991).
10.