Технічне завдання

Вступ

Мета курсового проекту полягає в опануваннi методiв проектування вузлiв комп’ютерних систем на прикладi створення моделi однокристального комп`ютера з використанням мови апаратного опису VHDL, виконаннi симуляцiї з наступним тестуванням роботи мiкропроцесорної системи на функцiональному рiвнi. Розроблюваний унiверсальний однокристальний мікрокомп`ютер є рiзновидом унiверсальних комп`ютерів. Вiн мiстить усi стандартнi пристрої, необхiднi для реалiзацiї цифрової системи мiнiмальної конфiгурацiї, а саме – процесор, пам`ять команд, пам`ять даних, внутрiшнiй тактовий генератор. Основою мікрокомп`ютера, що проектується, є мiкропроцесор Gnome – 4-розрядний гiпотетичний неконвеєрний RISC мiкропроцесор, зi спрощеною системою команд та типiв адресування.

Основну увагу пiд час розробки мiкропроцесора придiлено проектуванню архiтектури з використанням мови апаратного опису VHDL, оскiльки при проектуваннi НВiС (надвеликих iнтегральних схем) з використанням рiвнiв архiтектурного, логiчного, топологiчного проектування успiх розробки найбiльшою мiрою залежить вiд результатiв попереднього, архiтектурного рiвня проектування. Вибраний спосiб побудови моделi пристрою за допомогою мови VHDL та iнструментального засобу Аctive-HDL фiрми Аldес забезпечує можливiсть швидкої модифiкацiї архiтектури, є самоописовим, тобто вiн дозволяс швидко виявляти та усувати хиби проектування. Альтернативою опису моделi за допомогою мов апаратного опису є схемотехнiчний синтез та синтез архiтектури з використанням функцiй алгебри логiки.

Синтез архiтектури з використанням функцiй алгебри логiки вимагає вiд розробника опису схеми в термiнах заданої множини логiчних функцiй. Такий пiдхiд є ефективний при побудовi пристроїв невеликої складностi. Суто теоретично функцiонування можна описати даним способом, але через велику складнiсть вiн є неприйнятним.

Метод схемотехнiчного синтезу базується на синтезi з використанням як окремих логiчних функцiй, так i елементiв, що побудовано на основi логiчних функцiй. Схемотехнiчний дизайн є зручним i наочним для схем невеликої складностi. Вiн дозволяс зручно втiлювати евристичнi схемотехнiчнi рiшення. Проте цей метод є практично неприйнятним для схем великої складностi (вiд 10 тисяч логiчних елементiв), оскiльки складно формулюсться, не дає змоги швидко модифiкувати проект, вчасно виявляти та усувати хиби проектування.

Незручнiсть схемотехнiчного проектування складних систем дала поштовх розробцi низки мов проектування. Зокрема, на початку 80-х рокiв Мiнiстерство оборони США пiдтримало розробку мови VHDL (VHSIC hardware description language) в рамках програми VHDL (very high-speed ІС). Цю iнiцiативу було пiдтримано iнститутом iнженерiв електрикiв та електронникiв (IEEE) з метою розробки стандарту мови – IEEE Standard 1076-1987. Згодом Мiнiстерством Оборони США доповнило стандарт IEEE Standard 1076-1987 власним стандартом MIL-STD-454, який регламентував сам процес проектування НВiС iз використанням мови VHDL. Інститутом IEEE запроваджено стандарт Std-1164 бiблiотеки мови VHDL уведенням багаторiвневої логiки, яка необхiдна в моделюваннi роботи iнтегральної схеми, запроваджено стандарт Std-1029 регламентацiї способiв верифiкацiї та тестування проекту. В 1993 роцi запроваджено новий IEEE стандарт мови VHDL 1076-1993, що доповнив iснуючий. Поширення набула абревiатура VHDL -87 та VHDL -93.

Мова VHDL дозволяє охопити водночас декiлька рiвнiв проектування
вiд архiтектурного до логiчного. Ця мова апаратного опису дас змогу описати пристрiй як на поведiнковому, так i на структурному рiвнях та провести симуляцiю. Тут синтез топологiї кристала виконують засобами автоматизованого синтезу на основi поведiнкового та структурного описiв пристрою. У складних проектах застосування мови VHDL та потужного засобу логiчного синтезу дозволяї синтезувати пристрої, якi за ефективнiстю перевищують аналогiчнi, з використанням схемотехнiчного методу синтезу.

Розробити VHDLмодель мікрокомп`ютера з використанням пакету Active-HDL. Провести симуляцію на функціональному рівні блоків мікрокомп`ютера. Скласти програму та провести симуляцію виконання програми мікропроцесором.

Проектування мікропроцесорної системи виконати в такій послідовності:

1. Проектування та тестування компонентів інформаційного тракту мікропроцесора, блока зовнішньої пам`яті та двох зовнішніх пристроїв.

2. Проектування та тестування інформаційного тракту мікропроцесора.

3. Проектування та тестування керуючого автомату.

4. Проектування та тестування мікропроцесора.

5. Складання асемблерної програми та тестування мікрокомп`ютера загалом.

Реалізувати регістровий файл всередині інформаційного тракту, що містить 16 регістрів загального призначення. Можливий одночасний запис та читання з нього.

Додати до множини команд мікропроцесора Gnome дві команди load і store, що виконують відповідно завантаження та збереження.

Дата добавления: 2015-08-31