Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết nối
Luận văn ThS. Kỹ thuật điện tử -- Trường Đại học Công nghệ. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2010
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:
LỜI MỞ ĐẦU
Thiết kế và phát triển các vi mạch tích hợp (IC) và các hệ thống điện tử là lĩnh
vực không thể thiếu đƣợc trong việc công nghiệp hóa, hiện đại hóa một đất nƣớc. Sự
ra đời và phát triển của công nghệ FPGA (Field-Programable Gate Array) với các chip
có thể lập trình đƣợc tạo điều kiện cho những nƣớc bƣớc đầu làm quen với thiết kế vi
mạch tích hợp nhƣ chúng ta có thể nhanh chóng hoà nhập với cộng đồng các nƣớc 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 lƣu 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.
Trƣớc đây, một hệ thống điện tử (ví dụ nhƣ hệ thống máy tính) thƣờng bao gồm
nhiều vi mạch gắn trên các bản mạch in khác nhau, đƣợc 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 đƣợc 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 đƣợc xây dựng nhƣ là một hệ vi xử lý
(trên chip hay 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 tƣơng đối đơn giản trên cơ sở lõi vi xử lý
MicroBlaze của hãng Xilinx, các ứng dụng đƣợc 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 công cụ thể của hệ vi xử lý về sau.
Báo cáo luận văn đƣợc trình bày gồm 4 chƣơng:
Chương 1. Tổng quan về hệ vi xử lý và hệ thống trên một chip: Chƣơng này
giới thiệu chung về vi xử lý, hệ vi xử lý, hệ thống trên một vi mạch, phƣơng pháp và
công nghệ thiết kế vi mạch VLSI và ngôn ngữ VHDL, một ngôn ngữ thiết kế phần
cứng đƣợc sử dụng trong quá trình thực thi đề tài.
Chương 2. Lõi vi xử lý mềm MicroBlaze: Chƣơng này nghiên cứu, tìm hiểu cụ
thể về lõi xử lý mềm MicroBlaze nhƣ cấu trúc bộ nhớ, các thanh ghi và các giao tiếp
tín hiệu cũng nhƣ tập lệnh của MicroBlaze.
2
Chương 3. Triển khai hệ vi xử lý trên cơ sở lõi xử lý MicroBlaze: Chƣơng này
trình bày cụ thể quá trình thiết kế hệ vi xử lý thực nghiệm trên cơ sở lõi xử lý
MicroBlaze từ ý tƣởng xây dựng hệ vi xử lý đến các bƣớc 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: Chƣơng này
triển khai một số ứng dụng của hệ vi xử lý đã xây dựng ở chƣơng 3.
Chương 1 Tổng quan về hệ vi xử lý và hệ thống trên một chip
Trƣớc khi đề cập đến việc triển khai thiết kế hệ vi xử lý, chƣơng này trình bày
những vấn đề cơ bản nhất về vi xử lý, hệ vi xử lý, hệ thống trên một vi mạch. Bên
cạnh đó, phƣơng pháp và công nghệ thiết kế vi mạch VLSI cũng đƣợc trình bày nhằm
làm sáng tỏ phƣơng pháp thiết kế về sau. Trong chƣơng này, tui cũng dành một phần
mục nhỏ để đề cập đến ngôn ngữ VHDL, một ngôn ngữ thiết kế phần cứng đƣợc sử
dụng trong quá trình thực thi đề tài.
1.1. Tổng quan về hệ vi xử lý
1.1.1. Kiến trúc một hệ vi xử lý
Một hệ vi xử lý hoàn chỉnh bao gồm bộ vi xử lý (µP: MicroProcessor) kết hợp
với các bộ phận điện tử khác nhƣ các mạch nhớ để lƣu trữ chƣơng trình và dữ liệu cho
vi xử lý thực hiện, các mạch ngoại vi giúp con ngƣời làm việc, giao tiếp với vi xử lý,
hệ thống các bus địa chỉ, bus dữ liệu, bus điều khiển để kết nối các mạch trên. Bộ vi
xử lý là thành phần rất cơ bản không thể thiếu đƣợc để tạo nên các hệ vi xử lý.
Sơ đồ khối của một hệ vi xử lý cơ bản đƣợc mô tả nhƣ Hình 1.
Hình 1: Sơ đồ khối hệ vi xử lý đơn giản.
Phần trung tâm của hệ vi xử lý là bộ vi xử lý (P), đóng vai trò chủ đạo trong
mọi hoạt động hệ vi xử lý. Đây là một vi mạch số có độ tích hợp cực lớn, bên trong nó
bao gồm nhiều khối chức năng khác nhau nhƣ đơn vị số học và logic để thực hiện các
thao tác và tính toán, các thanh ghi, khối điều khiển. Ngoài ra bên trong vi xử lý còn
có hệ thống mạch điện tử rất phức tạp để giải mã và tạo ra các xung điều khiển cho
toàn hệ thống. Vi xử lý hoạt động theo một chuỗi các lệnh máy có sẵn gọi là chƣơng
ADDRESS BUS
Input
Port
Output
Port
DATA BUS
CONTROL BUS
P Memory
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Luận văn ThS. Kỹ thuật điện tử -- Trường Đại học Công nghệ. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2010
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:
LỜI MỞ ĐẦU
Thiết kế và phát triển các vi mạch tích hợp (IC) và các hệ thống điện tử là lĩnh
vực không thể thiếu đƣợc trong việc công nghiệp hóa, hiện đại hóa một đất nƣớc. Sự
ra đời và phát triển của công nghệ FPGA (Field-Programable Gate Array) với các chip
có thể lập trình đƣợc tạo điều kiện cho những nƣớc bƣớc đầu làm quen với thiết kế vi
mạch tích hợp nhƣ chúng ta có thể nhanh chóng hoà nhập với cộng đồng các nƣớc 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 lƣu 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.
Trƣớc đây, một hệ thống điện tử (ví dụ nhƣ hệ thống máy tính) thƣờng bao gồm
nhiều vi mạch gắn trên các bản mạch in khác nhau, đƣợc 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 đƣợc 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 đƣợc xây dựng nhƣ là một hệ vi xử lý
(trên chip hay 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 tƣơng đối đơn giản trên cơ sở lõi vi xử lý
MicroBlaze của hãng Xilinx, các ứng dụng đƣợc 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 công cụ thể của hệ vi xử lý về sau.
Báo cáo luận văn đƣợc trình bày gồm 4 chƣơng:
Chương 1. Tổng quan về hệ vi xử lý và hệ thống trên một chip: Chƣơng này
giới thiệu chung về vi xử lý, hệ vi xử lý, hệ thống trên một vi mạch, phƣơng pháp và
công nghệ thiết kế vi mạch VLSI và ngôn ngữ VHDL, một ngôn ngữ thiết kế phần
cứng đƣợc sử dụng trong quá trình thực thi đề tài.
Chương 2. Lõi vi xử lý mềm MicroBlaze: Chƣơng này nghiên cứu, tìm hiểu cụ
thể về lõi xử lý mềm MicroBlaze nhƣ cấu trúc bộ nhớ, các thanh ghi và các giao tiếp
tín hiệu cũng nhƣ tập lệnh của MicroBlaze.
2
Chương 3. Triển khai hệ vi xử lý trên cơ sở lõi xử lý MicroBlaze: Chƣơng này
trình bày cụ thể quá trình thiết kế hệ vi xử lý thực nghiệm trên cơ sở lõi xử lý
MicroBlaze từ ý tƣởng xây dựng hệ vi xử lý đến các bƣớc 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: Chƣơng này
triển khai một số ứng dụng của hệ vi xử lý đã xây dựng ở chƣơng 3.
Chương 1 Tổng quan về hệ vi xử lý và hệ thống trên một chip
Trƣớc khi đề cập đến việc triển khai thiết kế hệ vi xử lý, chƣơng này trình bày
những vấn đề cơ bản nhất về vi xử lý, hệ vi xử lý, hệ thống trên một vi mạch. Bên
cạnh đó, phƣơng pháp và công nghệ thiết kế vi mạch VLSI cũng đƣợc trình bày nhằm
làm sáng tỏ phƣơng pháp thiết kế về sau. Trong chƣơng này, tui cũng dành một phần
mục nhỏ để đề cập đến ngôn ngữ VHDL, một ngôn ngữ thiết kế phần cứng đƣợc sử
dụng trong quá trình thực thi đề tài.
1.1. Tổng quan về hệ vi xử lý
1.1.1. Kiến trúc một hệ vi xử lý
Một hệ vi xử lý hoàn chỉnh bao gồm bộ vi xử lý (µP: MicroProcessor) kết hợp
với các bộ phận điện tử khác nhƣ các mạch nhớ để lƣu trữ chƣơng trình và dữ liệu cho
vi xử lý thực hiện, các mạch ngoại vi giúp con ngƣời làm việc, giao tiếp với vi xử lý,
hệ thống các bus địa chỉ, bus dữ liệu, bus điều khiển để kết nối các mạch trên. Bộ vi
xử lý là thành phần rất cơ bản không thể thiếu đƣợc để tạo nên các hệ vi xử lý.
Sơ đồ khối của một hệ vi xử lý cơ bản đƣợc mô tả nhƣ Hình 1.
Hình 1: Sơ đồ khối hệ vi xử lý đơn giản.
Phần trung tâm của hệ vi xử lý là bộ vi xử lý (P), đóng vai trò chủ đạo trong
mọi hoạt động hệ vi xử lý. Đây là một vi mạch số có độ tích hợp cực lớn, bên trong nó
bao gồm nhiều khối chức năng khác nhau nhƣ đơn vị số học và logic để thực hiện các
thao tác và tính toán, các thanh ghi, khối điều khiển. Ngoài ra bên trong vi xử lý còn
có hệ thống mạch điện tử rất phức tạp để giải mã và tạo ra các xung điều khiển cho
toàn hệ thống. Vi xử lý hoạt động theo một chuỗi các lệnh máy có sẵn gọi là chƣơng
ADDRESS BUS
Input
Port
Output
Port
DATA BUS
CONTROL BUS
P Memory
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links