From 1da4c4fd17aecd599d098533f3deb66bc270d08c Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Andrei Solodovnikov Date: Tue, 19 Mar 2024 11:59:03 +0300 Subject: [PATCH] =?UTF-8?q?=D0=98=D1=81=D0=BF=D1=80=D0=B0=D0=B2=D0=BB?= =?UTF-8?q?=D0=B5=D0=BD=D0=B8=D0=B5=20=D1=81=D1=81=D1=8B=D0=BB=D0=BE=D0=BA?= =?UTF-8?q?=20=D0=B2=20=D1=81=D0=BF=D0=B8=D1=81=D0=BA=D0=B5=20=D0=BB=D0=B0?= =?UTF-8?q?=D0=B1?= MIME-Version: 1.0 Content-Type: text/plain; charset=UTF-8 Content-Transfer-Encoding: 8bit --- Labs/README.md | 38 +++++++++++++++++++------------------- 1 file changed, 19 insertions(+), 19 deletions(-) diff --git a/Labs/README.md b/Labs/README.md index d7c28ef..a7e7873 100644 --- a/Labs/README.md +++ b/Labs/README.md @@ -22,10 +22,10 @@ - [10. Подсистема прерывания (IC)](#10-подсистема-прерывания-ic) - [11. Интеграция подсистемы прерывания](#11-интеграция-подсистемы-прерывания) - [12. Увеличение количества источников прерываний с помощью дейзи-цепочки](#12-увеличение-количества-источников-прерываний-с-помощью-дейзи-цепочки) - - [12. Периферийные устройства (PU)](#12-периферийные-устройства-pu) - - [13. Программирование на языке высокого уровня](#13-программирование-на-языке-высокого-уровня) - - [14. Программатор](#14-программатор) - - [15. Оценка производительности](#15-оценка-производительности) + - [13. Периферийные устройства (PU)](#13-периферийные-устройства-pu) + - [14. Программирование на языке высокого уровня](#14-программирование-на-языке-высокого-уровня) + - [15. Программатор](#15-программатор) + - [16. Оценка производительности](#16-оценка-производительности) ## Полезное @@ -106,17 +106,17 @@ ## 1. Сумматор. SystemVerilog (Adder) -![../.pic/Labs/l1.png](../.pic/Labs/lab_01_adder.drawio.svg) +![../.pic/Labs/lab_01_adder.drawio.svg](../.pic/Labs/lab_01_adder.drawio.svg) На первой лабораторной работе изучаются базовые конструкции языка описания аппаратуры SystemVerilog, с помощью которого разрабатывается цифровой сумматор из примитивных логических вентилей, который, в последствии, конфигурируется в ПЛИС и его работа проверяется на отладочном стенде. ## 2. Арифметико-логическое устройство (ALU) -![../.pic/Labs/l2.png](../.pic/Labs/lab_02_alu.drawio.svg) +![../.pic/Labs/lab_02_alu.drawio.svg](../.pic/Labs/lab_02_alu.drawio.svg) На второй лабораторной изучаются новые конструкции языка SystemVerilog, на основе которых разрабатывается блок арифметико-логического устройства (АЛУ). АЛУ — это устройство, на входы которого подаются операнды, над которыми нужно выполнить некоторую операцию (сложение, вычитание и тому подобное) и код операции, которую нужно выполнить, а на выходе появляется результат этой операции. Проще говоря АЛУ - это "калькулятор" процессора. ## 3. Регистровый файл и внешняя память (RF) -![../.pic/Labs/l3.png](../.pic/Labs/lab_03_rf.drawio.svg) +![../.pic/Labs/lab_03_rf.drawio.svg](../.pic/Labs/lab_03_rf.drawio.svg) На третьей лабораторной разрабатываются элементы памяти для будущего процессора: память команд, память данных и регистровый файл. В памяти команд будет храниться программа, которую будет выполнять процессор. В памяти данных хранятся данные, которые будут обрабатываться процессором. Регистровый файл — это маленькая память, тоже с данными, которые могут быть поданы непосредственно на АЛУ. Особенность RISC-архитектур в том, что данные перед обработкой необходимо перенести из памяти данных в регистровый файл, только после этого к ним можно применять различные операции. ## 4. Простейшее программируемое устройство (PPD) @@ -126,12 +126,12 @@ ## 5. Основной дешифратор команд (MD) -![../.pic/Labs/l5.png](../.pic/Labs/lab_05_md.drawio.svg) +![../.pic/Labs/lab_05_md.drawio.svg](../.pic/Labs/lab_05_md.drawio.svg) Пятая лабораторная посвящена разработке устройства управления – основному дешифратору команд. Функция основного дешифратора — получать на вход коды выполняемых операций и преобразовывать их в управляющие сигналы для всех блоков процессора (АЛУ, память, регистровый файл, мультиплексоры). Работа требует внимательности в реализации, а ее результат проверяется заранее подготовленными автоматическими тестами. ## 6. Тракт данных (DP) -![../.pic/Labs/l6.png](../.pic/Labs/lab_06_datapath.drawio.svg) +![../.pic/Labs/lab_06_datapath.drawio.svg](../.pic/Labs/lab_06_datapath.drawio.svg) Разработанные блоки объединяются, образуя тракт данных, управляемый основным дешифратором команд. Результатом шестой лабораторной работы является однотактный процессор, с архитектурой RISC-V, поддерживающий стандартный набор целочисленных инструкций RV32I. В качестве проверки на процессоре запускаются программы, заранее написанные на языке ассемблера RISC-V. Сравнивается результат полученный на симуляторе и на разработанном процессоре. ## 7. Внешняя память @@ -142,7 +142,7 @@ ## 8. Блог загрузки и сохранения данных (LSU) -![../.pic/Labs/l7.png](../.pic/Labs/lab_08_lsu.drawio.svg) +![../.pic/Labs/lab_08_lsu.drawio.svg](../.pic/Labs/lab_08_lsu.drawio.svg) Для корректного исполнения инструкций `LB`, `LBU`, `SB`, `LH`, `LHU`, `SH` мало использовать память с побайтовой записью. Необходимо также уметь управлять этой памятью, определенным образом подготавливать данные как для записи в память данный, так и для записи в регистровый файл, а также следить за тем, чтобы за время работы с памятью, программа процессора не начала исполняться дальше. Все эти задачи возлагаются на специальный модуль, который называется **Блок загрузки и сохранения** (**Load and Store Unit**, **LSU**) @@ -150,11 +150,11 @@ Вспомогательная лабораторная работа по интеграции реализованного ранее блока загрузки и сохранения, а также новой памяти данных в модуль `riscv_unit`. -![../.pic/Labs/l8.png](../.pic/Labs/lab_09_lsu_integration.drawio.svg) +![../.pic/Labs/lab_09_lsu_integration.drawio.svg](../.pic/Labs/lab_09_lsu_integration.drawio.svg) ## 10. Подсистема прерывания (IC) -![../.pic/Labs/l8.png](../.pic/Labs/lab_10_irq.drawio.svg) +![../.pic/Labs/lab_10_irq.drawio.svg](../.pic/Labs/lab_10_irq.drawio.svg) Одной из основных функций процессоров является возможность реагировать на внешние события (дернуть мышку, нажать кнопку и т.п.), автоматически запуская, при их возникновении, соответствующие программы. В данной лабораторной создается и подсистема прерывания, к которой относятся контроллер прерываний с циклическим опросом и блок регистров статуса и управления. @@ -162,7 +162,7 @@ Вспомогательная лабораторная работа по интеграции реализованной ранее подсистемы прерывания. -![../.pic/Labs/l9.png](../.pic/Labs/lab_11_irq_integration.drawio.svg) +![../.pic/Labs/lab_11_irq_integration.drawio.svg](../.pic/Labs/lab_11_irq_integration.drawio.svg) ## 12. Увеличение количества источников прерываний с помощью дейзи-цепочки @@ -170,19 +170,19 @@ ![../.pic/Labs/lab_12_daisy_chain/fig_02.drawio.svg](../.pic/Labs/lab_12_daisy_chain/fig_02.drawio.svg) -## 12. Периферийные устройства (PU) +## 13. Периферийные устройства (PU) -![../.pic/Labs/l9.png](../.pic/Labs/lab_13_peripheral_units.drawio.svg) +![../.pic/Labs/lab_13_peripheral_units.drawio.svg](../.pic/Labs/lab_13_peripheral_units.drawio.svg) В данной лабораторной создаются и подключаются к общей шине и подсистеме прерывания контроллеры периферийных устройств: переключатели, светодиоды, клавиатура, семисегментные дисплеи а также контроллер uart. -## 13. Программирование на языке высокого уровня +## 14. Программирование на языке высокого уровня -![../.pic/Labs/l10.png](../.pic/Labs/lab_13_programming.png) +![../.pic/Labs/lab_14_programming.png](../.pic/Labs/lab_14_programming.png) В рамках данной лабораторной настраивается компилятор GCC для RISC-V и для разработанной системы пишется программное обеспечение на языке программирования C++. -## 14. Программатор +## 15. Программатор До этого момента, исполняемая процессором программа попадала в память инструкций через магический вызов `$readmemh`. Однако реальные микроконтроллеры не обладают такими возможностями. Программа из внешнего мира попадает в них посредством так называемого **программатора** — устройства, обеспечивающего запись программы в память микроконтроллера. Программатор записывает данные в постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Для того, чтобы программа попала из ПЗУ в память инструкций, после запуска контроллера сперва начинает исполняться **загрузчик** (**bootloader**) — небольшая программа, вшитая в память микроконтроллера на этапе изготовления, которая отвечает за первичную инициализацию и подготовку микроконтроллера к выполнению основной программы (включая её перенос из ПЗУ в память инструкций). @@ -190,7 +190,7 @@ ![../.pic/Labs/lab_15_programming_device/fig_04.drawio.svg](../.pic/Labs/lab_15_programming_device.drawio.svg) -## 15. Оценка производительности +## 16. Оценка производительности На текущий момент мы создали процессорную систему, которая способна взаимодействовать с внешним миром посредством периферийных устройств ввода-вывода и программатора. Однако сложно понять, какое место данная система занимает в ряду уже существующих вычислительных систем.