Jak wygląda mikrokontroler od środka? W jaki sposób do niego mówić? Jak tłumaczy się kod C na wykonanie w sprzęcie? Skąd bierze się instrukcja? Gdzie szukać wyników operacji? Dowiecie się, co to jest język opisu sprzętu i jak się go używa oraz jak zaprojektować własną architekturę mikrokontrolera z użyciem jednego z nich – języka Verilog.

1. #1 - BarCamp Semihalf.
System wbudowany?
Zrób to sam!

2. Architektura mikrokontrolera pisana
“słowem”
Zyta Racia
Inżynier oprogramowania
zr@semihalf.com

3. O czym usłyszymy
l Poznajemy język opisu sprzętu
l Budujemy z modułów i sygnałów
l Słowo o architekturze
l Definiujemy słownik/język miktrokontrolera
l Rozmawiamy z pamięcią
l Poszerzamy horyzonty mikrokontrolera
l Reasumujemy

4. l Poznajemy język opisu sprzętu
l Budujemy z modułów i sygnałów
l Słowo o architekturze
l Definiujemy słownik/język miktrokontrolera
l Rozmawiamy z pamięcią
l Poszerzamy horyzonty mikrokontrolera
l Reasumujemy

5. Czym różni się Verilog od C

6. Czym różni się Verilog od C

7. Nomenklatura
MODUŁ
• Wejścia
• Wyjścia
• Zmienne lokalne
• Logika
zawartosc_rej =
WE_ZAW_REJ;
WY_NR_REJ
WE_ZAW_REJ
WISHBONE
PODAJ_WARZACHOWAJ_WAR

8. l Poznajemy język opisu sprzętu
l Budujemy z modułów i sygnałów
l Słowo o architekturze
l Definiujemy słownik/język miktrokontrolera
l Rozmawiamy z pamięcią
l Poszerzamy horyzonty mikrokontrolera
l Reasumujemy

9. Moduł, sygnał, stan, przebieg
LICZNIK
CLK
RESET
Q [3:0]
ENABLE

10. l Poznajemy język opisu sprzętu
l Budujemy z modułów i sygnałów
l Słowo o architekturze
l Definiujemy słownik/język miktrokontrolera
l Rozmawiamy z pamięcią
l Poszerzamy horyzonty mikrokontrolera
l Reasumujemy

11. Rdzeń mikrokontrolera

12. l Poznajemy język opisu sprzętu
l Budujemy z modułów i sygnałów
l Słowo o architekturze
l Definiujemy słownik/język mikrokontrolera
l Rozmawiamy z pamięcią
l Poszerzamy horyzonty mikrokontrolera
l Reasumujemy

13. Dekoder instrukcji
§ ADD R7, R8 # dodaj do siebie zawartości rejestrów o numerach 7 i 8;
§ STS 0xa, R7 # zapisz wynik w pamięci
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
op op op op op op s d d d d d s s s s
Krok 1
Krok 2
Krok 3
ADD: 0000 11sd dddd ssss
STS: 1001 001s ssss 0000
aaaa aaaa aaaa aaaa

14. Jak to się pisze
§ ADD R7, R8
§ STS 0xa, R7
0000 1110 0111 1000 1001 0010 0111 0000 0000 0000 0000 101
casex (INSTR)
16'b000011xxxxxxxxxx: begin
/* ADD Rd, Rs */
NR_REJ_A = nr_a
NR_REJ_B = nr_b;
WPISZ_DO_REJ = 1'b1
OPERACJA = ALU_ADD;
end
endcase

15. Przekład na moduły

16. Moduł na język opisu sprzętu
module DekoderInstrukcji (
input [15:0] INSTR,
output reg [4:0] NR_REJ_A
output reg [4:0] NR_REJ_B
output reg WPISZ_DO_REJ
output reg [5:0] OPERACJA
);
parameter ALU_OP = 6'h03
wire [4:0] nr_a;
wire [4:0] nr_b;
assign nr_a = { INSTR[9], INSTR[3:0]
assign nr_b = INSTR[8:4];
always @* begin
NR_REJ_A = 5'hXX;
NR_REJ_B = 5'hXX;
OPERACJA = 6h000000;
WPISZ_DO_REJ = 1'b0;
casex (INSTR)
[…]

17. l Poznajemy język opisu sprzętu
l Budujemy z modułów i sygnałów
l Słowo o architekturze
l Definiujemy słownik/język mikrokontrolera
l Rozmawiamy z pamięcią
l Poszerzamy horyzonty mikrokontrolera
l Reasumujemy

18. Pamięć programu

19. Implementacja
always @(posedge CLK or posedge RESET)
begin
if (RESET) begin
licznik <= 16'hffff;
end else begin
if (ACK_I) begin
licznik <= ADR_O;
end else
;
end
end
always @(licznik) begin
ADR_O = licznik + 1'b1;
end
endmodule

20. Pamięć danych (RAM)

21. l Poznajemy język opisu sprzętu
l Budujemy z modułów i sygnałów
l Słowo o architekturze
l Definiujemy słownik/język mikrokontrolera
l Rozmawiamy z pamięcią
l Poszerzamy horyzonty mikrokontrolera
l Reasumujemy

22. Zapis do pamięci danych

23. l Poznajemy język opisu sprzętu
l Budujemy z modułów i sygnałów
l Słowo o architekturze
l Definiujemy słownik/język mikrokontrolera
l Poszerzamy horyzonty mikrokontrolera
l Rozmawiamy z pamięcią
l Reasumujemy

24. Podsumowanie
§ ~3800 linijek
§ 19 modułów
§ ~120 instrukcji

25. Efekty specjalne

26. Więcej?
Bibliografia:
[1] Jarosław Doliński, Mikrokontrolery
AVR w praktyce, wyd. BTC, Warszawa,
2003.
[2] specyfikacja Wishbone http://
cdn.opencores.org/downloads/
wbspec_b4.pdf

27. Architektura mikrokontrolera pisana
“słowem”
Zyta Racia
Inżynier oprogramowania
zr@semihalf.com