Sistemas inform ticos 2001
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Sistemas Informáticos 2001. DISEÑO DE UNA ARQUITECTURA BASADA EN MICROPROCESADOR Julio Esteban Fernández Juárez Antonio Ortiz Pineda Miguel Ángel Rojas Gómez. Introducción. Objetivos del proyecto Diseño del h/w en el que se apoya un microprocesador en un sistema

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Sistemas Informáticos 2001

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Presentation Transcript


Sistemas inform ticos 2001

Sistemas Informáticos 2001

DISEÑO DE UNA ARQUITECTURA BASADA EN MICROPROCESADOR

Julio Esteban Fernández Juárez

Antonio Ortiz Pineda

Miguel Ángel Rojas Gómez


Introducci n

Introducción

  • 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


Introducci n1

Introducción

  • 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


Entorno experimental

Entorno experimental

  • Hardware

    • Placa de prototipado XS40-010XL Board 1.2

      • XC4010XL FPGA de 400 CLBs (20.000 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 experimental1

Entorno experimental


Entorno experimental2

Entorno experimental

  • 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 8051 1.0 de TS-Controls


Arquitectura del sistema

Arquitectura del sistema

  • Visión general

Memoria

Estática

CMOS

32Kb

VGA

PS/2

Alea

CODEC

Controlador sistema

Gestor de

interrupciones

Microcontrolador 8031


Arquitectura del sistema1

Arquitectura del sistema

  • Controlador del sistema

(*) Dirección y datos

multiplexados

Memoria

Decodificadores

Latch

Dispositivos

Dirección (alta)

Dirección (baja)/Datos*


Arquitectura del sistema2

Arquitectura del sistema

  • Controlador de interrupciones

Lógica*

Estado VGA

INT1

INT0

INT PS/2

ConfINT

(*) INT1 mayor prioridad INT0


Arquitectura del sistema3

Arquitectura del sistema

Señales VGA

Gestor INT

  • VGA

I/F

Mem

VGA Core

Memoria

Controlador VGA

Buffer Escritura

Direc

Datos

Estado

Control

Controlador Sistema


Arquitectura del sistema4

Arquitectura del sistema

Datos PS/2

  • PS/2

Detector Scan Codes

Registro desplazamiento

Buffer de almacenamiento

INT

Lógica

Estado

Control

Datos

Controlador del sistema


Arquitectura del sistema5

Arquitectura del sistema

Chip CODEC

  • CODEC

Generador de onda

Lógica

Buffer de almacenamiento

Reg.de estado

Controlador de sistema


Arquitectura del sistema6

Arquitectura del sistema

  • Generador de números aleatorios (LFSR)

Generador LFSR*

Reg.Datos

Controlador del sistema

(*) Linear Feedback Shift Register


Arquitectura del sistema7

Arquitectura del sistema

  • Información de recursos utilizados


Arquitectura del sistema8

Arquitectura del sistema

  • 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)


Aplicaci n software

Aplicación Software

  • 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)


Aplicaci n software1

Aplicación Software

  • 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


Aplicaci n software2

Aplicación Software

  • Memoria interna


Aplicaci n software3

Aplicación Software

  • Flujo de programa

Inicialización

Rutina de eventos

Movimiento

Contador de eventos

Detección colisiones

Visualización

Fabricación

Rutina INT 0

Auxiliares

Rutina INT 1


Aplicaci n software4

Aplicación Software

  • 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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