EEL 4100 38 - Sistemas Digitais e Dispositivos Lógicos Reconfiguráveis

Prof. Eduardo Augusto Bezerra - Eduardo.Bezerra @ eel.ufsc.br

Prof. Djones Vinicius Lettnin - Lettnin @ eel.ufsc.br

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica

• Registrador PC (program counter) - contém o endereço da próxima instrução a ser executada;

• Registrador IR (instruction register) - contém a instrução de máquina em execução na arquitetura em um determinado instante;

• Registrador A - armazena resultados intermediários de operações (acumulador);

• Registrador B - armazena resultados intermediários de operações (auxiliar);

• Memória de dados;

• Memória de instruções;

• Conjunto de instruções de 16 bits listadas na tabela a seguir, onde end representa um endereço de memória de 8 bits ou don't care para as instruções que não realizam acesso a memória.

Tipo	Código de máquina	Instrução	Operação	Descrição
I	00000001 end	LDA end	A <= memória[end]	Registrador A recebe o conteúdo da posição de memória end
I	00000010 end	STA end	memória[end] <= A	Posição de memória end recebe o conteúdo do registrador A
I	00000011 end	BLT end	PC <= (A < B ? end : PC + 2)	A execução do programa é desviada para o endereço end, se A for menor do que B
I	00000100 end	BEQ end	PC <= (A == B ? end : PC + 2)	A execução do programa é desviada para o endereço end, se A for igual a B
J	00000101 end	JMP end	PC <= end	A execução do programa é desviada incondicionalmente para o endereço end
R	00010000 end	ADD	A <= A + B	Registrador A recebe a soma de A com B (complemento de 2)
R	00100000 end	MUL	AB <= A * B	Multiplicação de A com B, sendo que o registrador A recebe a parte baixa do resultado, e o registrador B a parte alta
R	00110000 end	AND	A <= A AND B	Registrador A recebe o resultado da operação lógica AND de A com B
R	01000000 end	OR	A <= A OR B	Registrador A recebe o resultado da operação lógica OR de A com B
R	01010000 end	NOT	A <= NOT A	Registrador A recebe o conteúdo de A negado
R	01100000 const	LI const	A <= constante	LSB do registrador A recebe o valor constante contido na instrução, e MSB do A recebe 0 (zero)
R	01110000 end	SWP	A <= B, B <= A	O conteúdo do registrador A é copiado para o registrador B, e vice-versa (swap A, B)
	11111111 end	HALT	Halt	Suspende a execução do processador

Na coluna "Tipo" são listados os seguintes tipos de instruções:

• I - instruções do tipo I utilizam um endereço de memória para transferência de dados (STA e LDA) ou para desvio condicional do fluxo de execução do programa (BRN e BRZ)
• J - instruções do tipo J realizam um desvio incondicional para o endereço especificado na própria instrução
• R - instruções do tipo R realizam operações com operandos armazenados em registradores (não realizam acesso a memória)

Projetar e modelar a arquitetura em SystemC e, a seguir, implementá-la em VHDL visando síntese em FPGAs. Demonstrar o funcionamento da arquitetura por intermédio da execução de um programa nas plataformas de desenvolvimento disponíveis no laboratório.

• Utilizar como base a arquitetura MIPS multiciclo definida no livro do David A. Patterson e John L. Hennessy, “Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface”.

• Definir uma faixa de endereços de memória para mapear, pelo menos, uma porta de entrada e uma porta de saída de 8 bits cada. Essas portas poderão representar, por exemplo, 8 chaves (entrada) e 8 LEDs (saída) do kit de desenvolvimento.

• A ULA, além do resultado da operação realizada, deverá sinalizar também o resultado das operações de comparação realizadas.

• Desenvolver um programa de teste, e executá-lo na arquitetura projetada. Esse programa de teste deve realizar algum processamento útil, sendo necessário consultar previamente os professores da disciplina sobre a validade do algoritmo selecionado.

• O trabalho é individual.

• A entrega/apresentação do trabalho será na aula do dia 13/09 (ou em data anterior a ser combinada entre aluno e professor).

• Preparar uma documentação completa descrevendo a arquitetura do sistema, ferramentas utilizadas, e todos os componentes do VHDL. Descrever também o procedimento necessário para o desenvolvimento de programas para o microprocessador, incluindo detalhes sobre a definição dos conteúdos das memórias de dados e endereços. A documentação é parte fundamental da avaliação, e deverá ser preparada de forma a possibilitar futuras alterações no projeto.

• A seguir estão incluídos alguns diagramas da arquitetura MIPS a ser utilizada como base para esse trabalho.