Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 1 Introdução à arquitectura de microprocessadores Organização: –Projecto de uma arquitectura elementar –O microprocessador P-LOGO –Implementação do P-LOGO em PALASM –A microprogramação e o P-LOGO

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 2 Estilo de projecto (1) Existem essencialmente duas abordagens para a geração dos sinais de relógio para os FF: –Sinais de relógio bloqueáveis ( gated clocks ) –Um sinal de relógio para todos os FF ( free-running clocks )

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 3 Estilo de projecto (2) Apesar de ser possível evitar a ocorrência de impulsos extemporâneos nos sinais de relógio bloqueáveis, optaremos pela aplicação de um único sinal de relógio a todos os FF: –Maior simplicidade do projecto e análise, nomeadamente no domínio temporal –Maior simplicidade do teste e do projecto para a testabilidade

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 4 Registos de uso geral Actualizam as saídas de forma cadenciada com um sinal de relógio –Andar genérico: –Andar genérico para leitura / escrita:

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 5 Contador ascendente À excepção dos dois bits menos significativos, um contador ascendente pode ser construído com base na seguinte andar genérico:

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 6 Outros tipos de contadores Ascendente com carga paralela: Bidireccional com carga paralela:

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 7 Outros blocos Com base nas estruturas apresentadas poderíamos facilmente construir outros blocos: –Um registo multi-função, apto a suportar instruções do tipo LD, INCR e DECR (Quantas entradas seriam necessárias no mux que precede o FF? Seria esta a forma mais eficiente para implementar estas instruções?) –O registo de programa (PC, Program Counter ) - que tipo de contador, de entre os apresentados anteriormente, melhor se adequa para implementar o PC?

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 8 A unidade de descodificação e controlo Esta unidade é implementada como uma máquina de estados, pelos processos conhecidos:

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 9 A unidade de descodificação e controlo microprogramada Na alternativa microprogramada (em vez de hard- wired ), a funcionalidade deste bloco é definida pelo conteúdo da memória: (e não pela interligação entre portas lógicas elementares)

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 10 O microprocessador P- LOGO O P-LOGO permite-nos analisar em detalhe o desenvolvimento de um pequeno microprocessador Neste exemplo, estaremos interessados em: –Implementar um conjunto de instruções que corres- pondam aos comandos LOGO mais comuns –Dispor de entradas e saí- das de uso genérico

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 11 As instruções do P-LOGO Existem quatro grupos principais de instruções:

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 12 Atribuição de códigos de instrução Grupos de instruções / opcodes: –Movimento ( FRONT, BACK, LEFT e RIGHT ): 000XX –Saídas em 1 ( SETOUT0, …, SETOUT3 ): 001XX –Saídas em 0 ( RSTOUT0, …, RSTOUT1 ): 010XX –Saltos condicionais ( JPIN0, …, JPIN3 ): 011XX –Salto não condicional ( JP ): –Paragem ( HALT ): 10100

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 13 Arquitectura do P-LOGO (1)

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 14 Arquitectura do P-LOGO (2) Notas: –Cinco bits bastam para o IR –Para simplificar a implementação, assumiremos que o PC tem apenas oito bits (que implicações é que isto tem?) –O comando dos motores DC é feito da seguinte forma:

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 15 Decomposição das instruções Considerando a instrução FRONT, teremos as seguintes etapas elementares: –Carregar o IR –Incrementar o PC –Carregar o contador interno com –Enquanto o contador for maior que 0, decrementar o contador e manter activos os sinais L_front e R_front –Incrementar o PC e passar à instrução seguinte

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 16 Diagrama de transição de estados para cada instrução Para a instrução, FRONT, porque é que o diagrama de estados apresentado não serve?

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 17 Instruções de movimento FRONT BACK LEFT RIGHT

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 18 Instruções de controlo das saídas, salto e paragem Controlo das saídas: (SETOUTi, RSTOUTi) Salto (JPINi, JP): Paragem(HALT):

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 19 Implementação do P-LOGO em PALASM Etapas principais: –Codificação dos vários blocos da arquitectura apresentada em PALASM –Verificação funcional por simulação lógica –Programação e colocação em funcionamento Questões principais: –Qual o dispositivo a seleccionar? –Como implementar a unidade de descodificação e controlo?

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 20 Complexidade da unidade de descodificação e controlo

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 21 Secção declarativa

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 22 A unidade de descodifica- ção e controlo (1) (Transição de estados)

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 23 A unidade de descodifica- ção e controlo (2) (Equações das saídas) (Condições)

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 24 Registo de instrução Diagrama lógico: Descrição em PALASM:

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 25 Registo de programa (PC) Diagrama lógico: Descrição em PALASM

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 26 Contador interno Diagrama lógico Descrição em PALASM

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 27 Saídas de uso genérico Diagrama lógico: Descrição PALASM:

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 28 Verificação do projecto Secção de simulação (FRONT 7):

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 29 Resultados da simulação FRONT 7 e SETOUT1:

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 30 Implementação sobre uma MACH210

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 31 Uso dos recursos internos da MACH210

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 32 O P-LOGO microprogramado

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 33 Banco da memória para a instrução FRONT

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 34 Unidade de descodificação e controlo programada

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 35 Definição das instruções para o P-LOGO

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 36 Implementação micro- programada do P-LOGO

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 37 Modos de funcionamento para o codificador Como proceder para manter o endereço actual?

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 38 Conteúdo da posição 04H da memória para FRONT

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 39 Conteúdo da posição 05H...

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 40 Tabela para o descodifica- dor de instruções

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 41 Conteúdo da posição 04H da mem com descodificador

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 42 Conteúdo da posição 05H… (com descodificador)

Introdução ao Projecto com Sistemas Digitais e Microcontroladores Introdução à arquitectura de microprocessadores - 43 Conclusão Objectivo principal do capítulo: Consolidar as noções básicas da arquitectura de uma unidade de processamento central e apresentar o conceito de microprocessador Pistas para a continuação do estudo: –Microprocessadores de oito bits –Arquitecturas mais avançadas (> 16 bits)