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国际先进研究期刊》的研究在电子、电子、仪表工程

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ARM处理器的FPGA实现

穆克什·Mahajan Pramod s Aswale和Vivek Ugale
助理教授、系等,SITRC Nashik,印度马哈拉施特拉邦
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文摘

现在特定于应用程序的软处理器核心重要性越来越基于FPGA的嵌入式应用中,用户可以按需求配置处理器。ARM处理器的体系结构简单性使得它们适合低功耗应用程序。硬件描述语言(hdl)一般用于构建硬件系统。FPGA提供了可重构平台,所以重用的设计是一种常见的做法,提高生产率。本文的数据处理指令的ARM处理器实现使用高速集成电路硬件描述语言(VHDL)语言和应用验证了试验台基于Xilinx的斯巴达三世FPGA。

关键字
手臂,硬件描述语言(VHDL)、FPGA、数据处理指令。

介绍
Arm处理器大统一的注册文件,加载/存储架构,数据处理操作只作用于寄存器的内容,不能直接对记忆内容。简单的寻址模式,与所有加载/存储地址从寄存器内容和确定指令字段只有统一和固定长度的指令字段来简化指令解码[5]。ARM处理器是专门设计为小降低功耗,延长电池操作。ARM架构给控制算术逻辑单元(ALU)和移动装置在每个数据处理指令最大化使用ALU基因和移器加载和存储多个数据吞吐量最大化。这些增强基本RISC体系结构允许ARM处理器实现高性能的良好平衡,小代码大小和低功耗。[4]基于FPGA的设计减少投放市场的时间和增加了设计的灵活性和适应性,优化设备利用率和保护较少的董事会空间和系统能力,这通常是不可能在任何情况下的ASIC芯片。[3]在这条线的思想后,本文总结了我们最近的进步发展中硬件描述语言(VHDL)内芯Xilinx的斯巴达三世基于ARM处理器的FPGA。实现一个功能齐全的ARM处理器软核的优势完成FPGA硬件定制,实现各种应用程序。

相关工作
硬件调试技术集成ARM处理器,这样程序员可以查看代码的执行期间所发生的处理器。这个程序员可以快速解决问题和减少上市时间和整体开发成本。手臂不是纯粹的RISC体系结构由于各种限制适用于嵌入式系统的应用程序。现在速度并不是主要约束但功耗和成本有效的解决方案也发挥重要作用[1][2]。
在[1]的胳膊软处理器内核中实现基于FPGA的多处理器SOC的应用程序。所有32位指令实现了单周期数据路径和基于随机逻辑指令译码器。数据处理的指令,算术,分支指令、逻辑实现和比较。[2]提出的虚拟手臂仿真平台和讨论如何可以用来减少设计时间和成本。

系统模型和假设
ARM架构被设计允许每个小和高性能实现。ARM处理器的架构简单导致很小的实现,和小实现允许设备功耗非常低。手臂是精简指令集计算机(RISC),因为它包含了典型的RISC架构特性。[5]建议的体系结构的处理器是图1所示
该建议的体系结构的主要组成部分
1。寄存器文件包含16个32位的寄存器。
2。桶移器功能转变的32位左/右,算术/逻辑。
3所示。转子在左/右旋转8位数据的能力。
4所示。Cocantation这8位转子的输出转换为32位。
5。多路复用器,选择两个32位的输入之一。
6。算术逻辑单元(ALU)来执行数据处理指令
7所示。控制单元控制模块根据指令。
图像

数据处理指令
拟议的工作实现了ARM处理器的数据处理指令。数据处理指令只有在条件为真时才会执行。数据处理指令的指令格式如下所示于图2。指令生成一个结果通过执行一个指定的算术或逻辑操作在一个或两个操作数。第一个操作数总是一个寄存器(Rn)。第二个操作数可能是一个移位寄存器(Rm)或旋转8位直接价值(Imm)的价值根据我的指令。CPSR可能的条件代码保存或更新的指令,根据指令的年代一点的价值。
图像
某些操作(TST、可CMP、复合材料)不写采访的结果。他们只用于执行测试和设置状态代码的结果,总是有S组。
该指令集图3所示
图像
它包含指令后操作。
•算术运算。
•比较。
•逻辑操作。
•数据寄存器之间的运动
这些指令只工作寄存器而不是记忆。他们每个人都在一个或两个操作数执行特定的操作。总是第一个操作数寄存器Rn和第二操作数发送到ALU通过桶移器。

实现与结果
1。寄存器文件
图像
它包含16个32位的寄存器,因为我们使用的是用户模式,所有的寄存器都可以访问用户。注册文件的实体及其仿真结果图4和图5所示。
图像
2。桶移装置
图像
桶移器有一个32位的输入转移。这个输入是来自寄存器文件。切换其他控制输入来自控制单元。指令改变字段控制桶移装置的操作。图7显示的实体表示桶移器。
图像
桶移器的仿真结果算术左移操作上面的图所示。类似的仿真结果实现对算术的转变
3所示。转子和Cocantation:
图像
转子的fig.8显示实体。它有能力左右旋转8位数据。输入来自直接的数据包含在指令通过直接控制单元。转子的输出是8位;它是由Cocantation转换为32位null值
图像
仿真结果的转子为左操作fig.9所示。Cocantation操作fig.10所示的仿真结果。仿真结果也实现了对旋转。
图像
4所示。多路复用器
图像
它选择两个32位的输入来自桶移器和Cocantation输出,给ALU的结果。多路复用器的实体表示图11所示。它也执行从用户或选择数据直接输出的ALU Rd存储在寄存器文件的数据。
图像
6。算术逻辑单元(ALU)
图像
ALU有两个32位的输入。第一个来自寄存器文件,而另一个来自于移动装置。ALU输出寄存器文件存储在Rd位置。ALU 4比特函数总线,允许16码实现。不同的操作码和相应的执行算术和逻辑运算操作数。fig.13 & fig.14。显示了算术逻辑单元的实体和仿真结果。
图像
7所示。控制单元
图像
控制单元读取32位指令,并提供控制信号中的各种模块架构。控制器提供输出多路复用器控件,ALU功能,注册读/写,旗帜,转变,旋转值和其它控制信号根据当前指令的硬件。实体和仿真结果显示在15 & fig.16。
图像
所有的结果是使用Xilinx ISE 8.1我的工具。实现的目标设备选择3 s500ecp132从家庭斯巴达III - 5。

结论和未来的范围
胳膊软核处理器的数据处理指令合成,模拟和斯巴达三世FPGA上实现使用Xilinx ISE的工具。使用硬件描述语言(VHDL)的所有模块的代码编写和测试通过测试长椅。所有的模块都是按预期工作令人满意。在未来工作方面,有很多可能的地区改善和进一步发展。因此,ARM处理器嵌入到FPGA可用于不同的应用程序如DSP和图像处理。FPGA设计可以嵌入到高端设备更好的性能。可重构机构核心可用于验证平台的行业。

引用
  1. Y B T Sundari, T . Surender Reddy博士Laxminarayana G,“FPGA实现ARM7软核心处理器”,IJCER》,页153 - 159年4月2013年。
  2. 亚历克斯·Heunhe汉Young-Si黄,年轻的Ho, So-Jin Lee Ki-Seok涌,“虚拟ARM嵌入式系统平台开发人员”,IEEE 2008 pp586 - 592
  3. j . o .汉,t . s .大厅”,使用系统可编程序芯片技术来设计嵌入式系统”,IJCA, 13卷,3号,页1 - 11,2006年9月。
  4. Goslin, g . r .“指南使用现场可编程门阵列(fpga)的特定于应用程序的数字信号处理性能”,Xilinx应用注意,1995。
  5. ARM体系结构参考手册。
  6. Nazeih Botros, 2007年“HDL编程基本面”。
  7. Volnei a . Pedroni“Circiuit设计与硬件描述语言(VHDL)”, 2004年。
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