7/25/2019 Microcontrolador Sintetizado

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Microcontrolador bsico sintentizadoFase Final

Universidad de San Carlos de Guatemala, Facultad de Ingeniera

Escuela de Mecnica Elctrica

Laboratorio de Electrnica 6Jose Carlos Veliz 2012-12814

Javier Andrs Rodrguez Mayn 2012-12980

Luis Francisco Maldonado Mendizabal 2012-13205

Grupo 54

I. OBJETIVOS

I-A. General

Aplicar los conceptos obtenidos en el laboratorio de

electrnica 6 para describir hardware dentro de una

FPGA.

I-B. Especficos

Aplicar los conocimientos adquiridos en cursos anteriores

para describir una arquitectura de hardware.

Sintetizar los mdulos de un microprocesador dentro de

una FPGA.

Desarrollar la lgica de los procesos concurrentes y

secuenciales en el lenguaje de descripcin de hardware

VHDL.

Implementar el manejo del puntero de instrucciones en

la pila.Emplear un intrprete bsico para programar el hardware

descrito.

II. DESCRIPCIN DELPROYECTO

Se debe sintetizar un hardware capaz de funcionar como

un microcontrolador muy bsico. Este est compuesto por

registros, memorias y unidades de funcionamiento lgico.

El microcontrolador deber ejecutar instrucciones, las cuales

estn almacenadas en una memoria interna. Este al estar

procesando cada instruccin, dependiendo de cul sea, se

deber modificar registros, puertos, espacios de memoria, etc.

El manejo del puntero ser muy importante ya que este esel encargado de ir ejecutando cada una de las instrucciones,

tomar en cuenta los saltos y las llamadas a subrutinas. Todas

las instrucciones sern programadas por un usuario, por lo

tanto, deber crear un software capaz de interpretar cada una

de las instrucciones creadas en lenguaje assembler y conver-

tirlas a binario. Las instrucciones binarias sern enviadas por

el protocolo de comunicacin UART, desde el puerto serial

de una computadora hasta el puerto serial de una FPGA.

Cada instruccin binaria tendr un formato especfico para

luego ser decodificada e interpretada por el microcontrolador

sintetizado.

III. ESPECIFICACIONES

La comunicacin con el microcontrolador se realizar por

medio de UART. La longitud total de la trama a enviar por

UART es de 22 bits.

III-A. Registros requeridos

A: Este es un registro de 8 bits que funciona como el

acumulador. Este registro se utiliza generalmente como

destino de muchas operaciones aritmticas, de compara-

ciones y testeos.

B, C, D, E, H, L: Estos son registros de 8 bits para prop-

sito general, utilizados para operaciones, almacenamiento

de valores, etc.

SP: Registro de 16 bits llamado puntero de pila, este

apunta a la posicin actual del lector de la pila.

PC: El Program Counter o Contador de Programa es

un registro de 16 bits. El cual contiene la direccin dela instruccin actual a ejecutar. El PC no se modifica

directamente moviendo valores a este registro, solamente

se modificar mediante instrucciones de salto (JP, JR,

CALL, etc.).

Registro de flags: Ser llamado F, este no es un registro

de propsito general en donde se pueda introducir valores

a voluntad. Cada uno de los diferentes bits del registro F

tiene un significado propio que cambia automticamente

segn el resultado de las operaciones anteriores.

Flag S (sign o signo): Este flag se pone a uno si el

resultado de la operacin realizada en complemento

a dos es negativo (es una copia del bit ms signifi-

cativo del resultado). Flag Z (zero o cero): Este flag se pone a uno si

el resultado de la ltima operacin que afecte a los

flags es cero.

Flag P/V (Parity/Overflow o Pari-

dad/Desbordamiento): En las operaciones que

modifican el bit de paridad, este bit vale 1 si el

nmero de unos del resultado de la operacin es

par, y 0 si es impar. Si, por contra, el resultado

de la operacin realizada necesita ms bits para

ser representado de los que nos provee el registro,

tendremos un desbordamiento, con este flag a 1.

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Flag N (Substract o Resta): Se pone a 1 si la

ltima operacin realizada fue una resta. Se utiliza

en operaciones aritmticas.

Flag C (Carry o Acarreo): Este flag se pone a uno si

el resultado de la operacin anterior no cupo en el

registro y necesita un bit extra para ser representado.

Este bit es ese bit extra.

III-B. Set de instrucciones

Son 15 instrucciones bsicas a realizar:

LD [00000]: Instruccin para la carga de datos en los

diferentes registros, este no afectar ningn valor del

registro de banderas.

INC [00001] y DEC [00010]: Ests instrucciones son uti-

lizadas para incremental o decrementar respectivamente

el valor de un registro o posicin de memoria.

ADD [00011]: Instruccin utilizada para realizar sumas

SUB [00100]: Instruccin utilizada para realizar restas.

NOP [00101]: Esta instruccin dejar pasar la lnea de

instruccin sin hacer nada.

JP [00110]: Instruccin de salto, realiza un traslado a unaseccin especfica de la pila de instrucciones.

CALL [00111]: Esta instruccin genera una subrutina y

retornar la instruccin siguiente en donde se hizo la

llamada cuando se encuentre la instruccin RET.

AND [01000]: Instruccin que realiza la operacin lgica

and.

OR [01001]: Instruccin que realiza la operacin lgica

or.

XOR [01010]: Instruccin que realiza la operacin lgica

xor.

NEG [01011]: Instruccin que realiza la operacin lgica

not.

HALT [01100]: La instruccin HALT suspende el funcio-

namiento de la CPU hasta que una interrupcin la habilita

o se recibe un reset. Mientras existe el estado HALT, el

procesador ejecuta NOP para mantener la lgica de la

memoria.

IN [01110]: Esta instruccin se utilizar para acceder a

una direccin especfica de puerto para ser guardado en

un registro.

OUT [01111]: Esta instruccin se utilizar para mostrar

en una direccin especfica de puerto el registro especi-

ficado.

III-C. Especificaciones de HardwareEl dispositivo debe constar con una unidad central de

procesos, constituida por memorias para el manejo de los

registros y pilas descritos anteriormente, una unidad de control

y una unidad lgica aritmtica, la cual podr manejar entradas

y salidas de espacios de memoria, como banderas, espacios en

memoria RAM y puertos. La unidad de control puede acceder

a los registros, a la memoria y a los puertos conectados. Las

memorias a implementar son dos, una memoria ROM en la

cual se guardar cada una de las instrucciones a ejecutar y una

memoria RAM en la cual se guardarn los registros, las flags,

la LIFO para manejar las llamadas y los puertos de entrada y

salida. Se requiere de dos puertos, estos pueden ser de entrada

o de salida.

III-D. Especificaciones del Intrprete

El intrprete simplemente deber leer un archivo, lnea por

lnea guardarlo en arreglos de Strings y separarlo en partes

las cuales se convertirn en binario, dependiendo de cada

instruccin. Si el neumnico est seguido por otra palabra,estos debern estar separados por un espacio en blanco. Las

direcciones y los datos tendrn que estar separados por comas.

Si se desea acceder a una posicin de memoria este debe

estar limitado por parntesis. Al enviar los datos solamente

se trabajar con valores en sistema decimal enteros positivos

o negativos, utilizar complemento a dos.

IV. DIAGRAMA DELMICROCONTROLADOR

V. FPGA UTILIZADA

fpga.jpg

VI . REFERENCIASBIBLIOGRAFICAS

1. Chu, Pong P. FPGA prototyping by VHDL examples.

ISBN 978-0-470-18531. USA 2008.