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UNIDADE DE CONTROLE MICROPROGRAMADA PARA O FEMTOJAVA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL Carlos Frederico Schwochow de Miranda Marco Aurélio Wehrmeister.

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1 UNIDADE DE CONTROLE MICROPROGRAMADA PARA O FEMTOJAVA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL Carlos Frederico Schwochow de Miranda Marco Aurélio Wehrmeister {cfsmiranda, ARQUITETURA E PROJETO DE SISTEMAS VLSI I PORTO ALEGRE, SETEMBRO DE 2003

2 SUMÁRIO 1. Introdução 2. Controle com FSM 3. Unidade de Controle Microprogramada 3.1 Implementação com uma Memória 3.2 Implementação com duas Memórias 4. Resultados 5. Conclusões Referências Bibliográficas 2 # 13 CMP114 - UFRGS

3 1. Introdução: O objetivo do presente trabalho é a implementação de uma unidade de controle microprogramada para o processador FemtoJava, simplificando assim o projeto da unidade de controle e reduzindo o número de células lógicas utilizadas no processo de síntese. A idéia básica da microprogramação é representar simbolicamente os valores ativos das linhas de controle através de microinstruções armazenadas na memória de controle. 3 # 13 CMP114 - UFRGS

4 2. Controle com FSM: Implementação atual. Composta por dezesseis estados. Interface: opcode, clock, reset, int (entradas) ctrl_word (saída) Instruções agrupadas em quatro categorias: Número de estados: 5; 6; 8 e 16. Desperdício de ciclos de execução: Retorno da palavra de controle nula. 4 # 13 CMP114 - UFRGS

5 2. Controle com FSM (cont...): Opcode Caminho de Dados Estado Geração da Palavra de Controle Próximo Estado Unidade de Controle 5 # 13 CMP114 - UFRGS

6 3. Unidade de Controle Microprogramada: 3.1 Implementação com uma Memória: Memória ROM Microprograma. Instrução FemtoJava Sequência de Microinstruções. Endereço inicial Lógica externa. Evita perda de ciclos de execução a cada opcode. Três Formatos de Microinstrução: Formato Palavra de Controle: [31][30..0]; onde: 31: bit de modo 1; 30..0: palavra de controle (31 bits). 6 # 13 CMP114 - UFRGS

7 3.1 Implementação com uma Memória (cont...): Formato Desvio Incondicional: [31][30][29..8][7..0]; onde: 31: bit de modo 1; 30: bit de modo 2; 29..8: não utilizado; 7..0: endereço alvo do desvio. Formato Desvio Condicional: [31][30][29..22][21..16][15..8][7..0]; onde: 31: bit de modo 1; 30: bit de modo 2; : código de condição; : não utilizado; 15..8: end. caso cond. verdadeira; 7..0: end. caso cond. falsa. 7 # 13 CMP114 - UFRGS

8 3.1 Implementação com uma Memória (cont...): 8 # 13 CMP114 - UFRGS

9 3.2 Implementação com duas Memórias: Memória ROM_1 Microprograma (8 bits); Memória ROM_2 Microinstruções (31 bits); Endereço inicial Lógica externa; Formato único de Microinstrução: [7][6..0] ; onde: 7: bit identificador; 6..0: end. palavra de controle (ROM_2); Bit identificador: Término de uma sequência de palavras de controle. 9 # 13 CMP114 - UFRGS

10 3.2 Implementação com duas Memórias (cont...): 10 # 13 CMP114 - UFRGS

11 4. Resultados: FSMROM ROM_1 ROM_2 Células Lógicas Memória (bytes) Frequência Máxima 290,02 MHz 37,49 MHz 63,11 MHz 78,13 MHz Obs*ArrayLpmArray 11 # 13 CMP114 - UFRGS

12 5. Conclusões: Vantagens: Menor área ocupada (i.e., síntese em FPGA). Facilidade de modificação do conj. de instruções. Principal Desvantagem: Menor desempenho. Projeto Relação Área Ocupada X Desempenho. 12 # 13 CMP114 - UFRGS

13 Referências Bibliográficas: Hennessy, John L.; Patterson, David A. Organização e Projeto de Computadores: A interface Hardware / Software, LTC, Rio de Janeiro, Ercegovac, M.; Lang, T.; Moreno, J. H. Introdução aos Sistemas Digitais, Bookman, Porto Alegre, Ashenden, Peter J. The Student´s Guide to VHDL, Morgan Kaufmann Publishers, Inc., San Francisco, California, Carro, Luigi Projeto e Prototipação de Sistemas Digitais, Editora da Universidade, UFRGS, Porto Alegre, # 13 CMP114 - UFRGS


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