8-bit softcore microprocessor with dual accumulator designed to be used in FPGA

• Autores: Fernando Martínez Santa, William Sáenz Rodríguez, Fernando Rivera Sánchez
• Localización: Tecnura: Tecnología y Cultura Afirmando el Conocimiento, ISSN-e 2248-7638, ISSN 0123-921X, Vol. 22, Nº. 56, 2018 (Ejemplar dedicado a: Abril - Junio), págs. 40-50
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Microprocesador softcore de 8 bits con doble acumulador diseñado para ser usado en FPGA
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• Resumen
  • español

    Contexto: Se diseñó e implementó un microprocesador softcore RISC de 8 bits para que funcionara sobre dispositivos FPGA, y que estuviera optimizado en espacio con el fin de usarlo en aplicaciones embebidas. Método: El diseño de este microprocesador se desarrolló en el lenguaje de descripción de hardware Verilog, y puede ser implementado en FPGA de diferentes fabricantes, de tal forma que el usuario solo tenga que definir los puertos de entada y de salida, según el FPGA utilizado. El procesador desarrollado es de tipo acumulador, pero tiene dos diferentes acumuladores que pueden ser usados como apuntador para direccionamiento indirecto. El procesador es Harvard, con una RAM de 8x256 bits y una ROM que puede ser redimensionada desde 17x252 bits hasta 17x8K bits. También, tiene un puerto de entrada de 8 bits, uno de salida de 8 bits y otro de direcciones de 8 bits, lo que significa que puede direccionar hasta 256x8 bits puertos o dispositivos de salida y la misma cantidad de entrada. Resultados: El procesador, denominado ZA-SUA, fue comparado con el softcore Picoblaze y con otros tres procesadores similares de libre distribución en la Web, y se alcanzaron algunas mejoras sobre ellos. Se analizaron criterios como número de flip flops usados, LUT ocupadas, slices en uso y retardo máximo de cada procesador, todos estos resultados fueron obtenidos de la implementación de los procesadores en FPGA de Xilinx. Conclusiones: La arquitectura diseñada está compuesta por dos acumuladores, los cuales pueden ser usados como fuente o destino de las operaciones de la ALU. Este hecho da cierta flexibilidad al diseño, haciéndolo mejor que un procesador con un solo acumulador, y acercándolo más a un procesador basado en registros.

  • English

    Context: This paper is presents the design and implementation of an 8-bit softcore RISC microprocessor able to be run on space-optimized FPGA, in order to be used for embedded applications.Method: The design of this microprocessor was developed in Verilog hardware description language and can be implemented in FPGA from different manufacturers; therefore, the user has only to define the input and output ports according to the type of FPGA. This is an accumulator-type processor, but it has two different accumulators that can be used as pointers for indirect addressing. The processor is Harvard with a RAM of 8x256 bits, and a ROM that can be resized from 17x252 bits to 17x8K bits. Additionally, it has one 8-bit input port, one 8-bit output port, and one 8-bit address port, which means that the processor can address more than 256 8-bit output ports/devices. The same applies for input ports.Results: The developed processor, named “ZA-SUA,” was compared with PICOBLAZE softcore and other three similar processors of free distribution in the Web, and some improvements over those were found. Criteria such as the Flip Flops used, occupied LUTs, Slices in use, and maximum delay of each processor were analyzed, all these results were obtained from the implementation of the processors in the Xilinx FPGAs.Conclusions: The designed architecture is composed by two accumulators, which can be used either as source or destination for the operation of the ALU. This fact gives some flexibility to the design, doing it better than a single-accumulator processor, and getting it closer to the register-based processors.