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Facultad de Informática Dpto. Arquitectura de Computadores y Automática DISEÑO DE UNA ARQUITECTURA BASADA EN MICROPROCESADOR Julio Esteban Fernández Juárez.

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1 Facultad de Informática Dpto. Arquitectura de Computadores y Automática DISEÑO DE UNA ARQUITECTURA BASADA EN MICROPROCESADOR Julio Esteban Fernández Juárez Antonio Ortiz Pineda Miguel Ángel Rojas Gómez Sistemas Informáticos 2001

2 Facultad de Informática Dpto. Arquitectura de Computadores y Automática n Objetivos del proyecto –Diseño del h/w en el que se apoya un microprocesador en un sistema –Implementación del diseño sobre una plataforma reconfigurable (FPGA) –Programación de un ejemplo práctico (juego Galaxy Invader) para mostrar la funcionalidad del sistema Introducción

3 Facultad de Informática Dpto. Arquitectura de Computadores y Automática n Descripción de la arquitectura –Controlador del sistema –Controlador de interrupciones –Módulo VGA –Interfaz PS/2 estándar –Códec de sonido –Generador de números aleatorios (LFSR) –Microcontrolador 8031 –Módulo de memoria SRAM Introducción

4 Facultad de Informática Dpto. Arquitectura de Computadores y Automática n Hardware –Placa de prototipado XS40-010XL Board 1.2 XC4010XL FPGA de 400 CLBs ( puertas) Códec Stereo de 20 bits Puerto de entrada y salida STEREO Puerto Paralelo Puerto PS/2 para teclado y ratón Puerto Monitor VGA Tres pulsadores Tres bancos de LEDS de 7 segmentos Un banco de LEDS de barras Switches DIP Microcontrolador 8031 Banco de memoria SRAM de 32 Kb Entorno experimental

5 Facultad de Informática Dpto. Arquitectura de Computadores y Automática Entorno experimental

6 Facultad de Informática Dpto. Arquitectura de Computadores y Automática n Software –Xilinx Foundation F3.1i Paquete de herramientas orientadas a la síntesis de sistemas H/W de alto nivel Incluye: editor de esquemáticos, editor de lenguaje de descripción h/w, simulador (funcional y de tiempos) y herramientas de síntesis de diseños –Simulador ModelSIM SE-EE 5.4 –Xstools (Gxsport,Gxsload) –Ensamblador cruzado ASM51 –Emulador de TS-Controls Entorno experimental

7 Facultad de Informática Dpto. Arquitectura de Computadores y Automática n Visión general Microcontrolador 8031 VGA Gestor de interrupciones Controlador sistema Memoria Estática CMOS 32Kb PS/2CODECAlea Arquitectura del sistema

8 Facultad de Informática Dpto. Arquitectura de Computadores y Automática n Controlador del sistema Latch Decodificadores Memoria Dispositivos Dirección (baja)/Datos* Dirección (alta) (*) Dirección y datos multiplexados Arquitectura del sistema

9 Facultad de Informática Dpto. Arquitectura de Computadores y Automática Arquitectura del sistema n Controlador de interrupciones Lógica* (*) INT1 mayor prioridad INT0 Estado VGA INT PS/2 INT1 INT0 ConfINT

10 Facultad de Informática Dpto. Arquitectura de Computadores y Automática Arquitectura del sistema n VGA VGA Core Controlador VGA Buffer Escritura EstadoControl I/F Mem Señales VGA Gestor INT Controlador Sistema Memoria DatosDirec

11 Facultad de Informática Dpto. Arquitectura de Computadores y Automática Arquitectura del sistema n PS/2 Detector Scan Codes Buffer de almacenamiento Lógica EstadoControlDatos Registro desplazamiento INT Datos PS/2 Controlador del sistema

12 Facultad de Informática Dpto. Arquitectura de Computadores y Automática Arquitectura del sistema n CODEC Buffer de almacenamiento Generador de onda Reg.de estado Lógica Chip CODEC Controlador de sistema

13 Facultad de Informática Dpto. Arquitectura de Computadores y Automática Arquitectura del sistema n Generador de números aleatorios (LFSR) Generador LFSR* Reg.Datos Controlador del sistema (*) Linear Feedback Shift Register

14 Facultad de Informática Dpto. Arquitectura de Computadores y Automática Arquitectura del sistema n Información de recursos utilizados DiseñoCLBs%Puertas*Biestables Controlador358%9140 Gestor INT112%2088 VGA19749% PS/24411% CODEC12230% Alea41%548 Arquitectura400100%

15 Facultad de Informática Dpto. Arquitectura de Computadores y Automática Arquitectura del sistema n Problemas encontrados –VGA y microprocesador comparten líneas de acceso a la memoria Mecanismo de arbitraje para permitir acceso concurrente (capacidad de dormir 8031) –Falta recursos estructurales Optimizaciones máximas en área(LUTs y Tri-States) –Incapacidad de cambiar la frecuencia de reloj Optimizaciones en velocidad (segmentación) –Falta de pines disponibles en la placa Necesario uso de interconexión manual (INT)

16 Facultad de Informática Dpto. Arquitectura de Computadores y Automática Aplicación Software n Descripción de la aplicación programada –Clónico del Galaxy Invader 1000 Juego de marcianitos Objetivo: Conseguir el mayor número de puntos Destrucción de las naves alienígenas Múltiples niveles de dificultad Sonido de eventos Aleatoriedad Presentación (c/ banda sonora y efectos)

17 Facultad de Informática Dpto. Arquitectura de Computadores y Automática Aplicación Software n Arquitectura de los chips de la familia 8051 –Máquina de 8 bits –Tamaño máximo de programa de 64 Kb –4 bancos de registros (R0-R7) –Tipos de direccionamientos Implícito, Indirecto, Directo e Inmediato Bytes o Bits –Repertorio de instrucciones completo aunque restringido –Memoria interna y memoria externa

18 Facultad de Informática Dpto. Arquitectura de Computadores y Automática Aplicación Software n Memoria interna

19 Facultad de Informática Dpto. Arquitectura de Computadores y Automática Aplicación Software n Flujo de programa Inicialización Contador de eventos Rutina INT 0 Rutina INT 1 Movimiento Detección colisiones Visualización Fabricación Auxiliares Rutina de eventos

20 Facultad de Informática Dpto. Arquitectura de Computadores y Automática Aplicación Software n Problemas encontrados –Concurrencia en el acceso a memoria externa (mantenimiento de frames) Mecanismo de arbitraje para dormir al micro e aislarlo del exterior (interrupciones) –Problemas de rendimiento del microprocesador Acceso directo a la memoria de VGA sin pasar por su controlador –Falta de espacio en memoria interna Acceso más lento en memoria externa (sonidos principalmente)


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