2009 dce Thiết kế mạch số dùng HDL Chương 7 Thiết kế và tổng hợp bộ điều khiển dòng dữ liệu Computer Engineering 2009 ©2009, Pham Quoc Cuong 2 Advanced Digital Design with the Verilog HDL – chapter 7 Nội dung chính • Máy tuần tự phân hoạch • Các ví dụ thiết kế Computer Engineering 2009 ©2009, Pham Quoc Cuong 3 Advanced Digital Design with the Verilog HDL – chapter 7 Phân loại hệ thống số • Control-dominated  Là hệ thống đáp ứng đáp lại tác động bên ngoài • Data-dominated  Yêu cầu tính toán và truyền nhận dữ liệu với hiệu suất cao  Hệ thống thông tin liên lạc, xử lý tín hiệu,…  Máy tuần được phân loại và phân hoạch thành bộ dòng dữ liệu và bộ điều khiển Computer Engineering 2009 ©2009, Pham Quoc Cuong 4 Advanced Digital Design with the Verilog HDL – chapter 7 Bộ dòng dữ liệu – datapaths unit • Bộ số học luận lý (arithmetic logic unit - ALU) • Bộ cộng • Bộ nhân • Bộ xử lý tín hiệu số • Quản lý tài nguyên (registers) • … Computer Engineering 2009 ©2009, Pham Quoc Cuong 5 Advanced Digital Design with the Verilog HDL – chapter 7 Mô hình điều khiển cho dòng dữ liệu Computer Engineering 2009 ©2009, Pham Quoc Cuong 6 Advanced Digital Design with the Verilog HDL – chapter 7 Các bước thiết kế • Application-driven • Lựa chọn cấu trúc hỗ trợ cho tập lệnh trong ứng dụng • Định nghĩa các trạng thái điều khiển hỗ trợ tập lệnh • Xây dựng FSM sinh ra tín hiệu điều khiển Computer Engineering 2009 ©2009, Pham Quoc Cuong 7 Advanced Digital Design with the Verilog HDL – chapter 7 Ví dụ thiết kế bộ đếm nhị phân • Máy trạng thái không tường minh  count <= count + 1 • Phân hoạch thành bộ điều khiển và bộ dòng dữ liệu (Binary_Counter_Arch) • Máy trạng thái tường minh (Binary_Counter_STG) • ASM • RTL Computer Engineering 2009 ©2009, Pham Quoc Cuong 8 Advanced Digital Design with the Verilog HDL – chapter 7 Binary_Counter_Arch Computer Engineering 2009 ©2009, Pham Quoc Cuong 9 Advanced Digital Design with the Verilog HDL – chapter 7 Binary_Counter_STG Computer Engineering 2009 ©2009, Pham Quoc Cuong 10 Advanced Digital Design with the Verilog HDL – chapter 7 ASM ASM ASMD cho bộ dòng dữ liệu được điều khiển bởi máy trạng thái [...]... lệnh và lấy toán hạng • Thực thi lệnh        Các tác vụ trên bộ ALU Cập nhật giá trị thanh ghi lưu trữ Cập nhật bộ đếm chương trình (PC) Cập nhật thanh ghi lệnh (IR) Cập nhật thanh ghi địa chỉ (ADD_R) Cập nhật bộ nhớ Điều khiển dòng dữ liệu Advanced Digital Design with the Verilog HDL – chapter 7 ©2009, Pham Quoc Cuong 16 Computer Engineering 2009 Bộ điều khiển – Controller (1) • Chức năng bộ điều. .. Controller (1) • Chức năng bộ điều khiển  Định thời tất cả các hoạt động  Lựa chọn đường dữ liệu từ các bộ multiplexer  Giám sát trạng thái của bộ xử lý (Processing Unit) và quyết định giá trị tín hiệu điều khiển  Điều khiển các bus 3 trạng thái Advanced Digital Design with the Verilog HDL – chapter 7 ©2009, Pham Quoc Cuong 17 Computer Engineering 2009 Bộ điều khiển – Controller (2) Tín hiệu Load_Add_Reg... HDL – chapter 7 ©2009, Pham Quoc Cuong 11 Computer Engineering 2009 Tổng hợp mạch Binary_Counter_Part_RTL Tổng hợp bằng Actel Libero IDE 8.2 Advanced Digital Design with the Verilog HDL – chapter 7 ©2009, Pham Quoc Cuong 12 Computer Engineering 2009 Tổng hợp mạch Binary_Counter_Part_RTL Datapaths unit Tổng hợp bằng Actel Libero IDE 8.2 Advanced Digital Design with the Verilog HDL – chapter 7 ©2009, Pham... – chapter 7 ©2009, Pham Quoc Cuong 20 Computer Engineering 2009 Thiết kế bộ controller • RISC có 3 pha xử lý: fetch, decode và execute  fetch: lấy 1 lệnh từ bộ nhớ (2 chu kỳ clock)  decode: giải mã lệnh, tính toán dòng dữ liệu và load giá trị vào thanh ghi (1 chu kỳ clock)  execute: sinh ra kết quả câu lệnh (0, 1, 2 chu kỳ clock) Advanced Digital Design with the Verilog HDL – chapter 7 ©2009, Pham... Ví dụ thiết kế máy RISC • RISC: Reduced instruction-set computers  Tập lệnh đơn giản  Số chu kỳ clock cho mỗi lệnh là nhỏ Advanced Digital Design with the Verilog HDL – chapter 7 ©2009, Pham Quoc Cuong 14 Computer Engineering 2009 Kiến trúc của RISC_SPM Advanced Digital Design with the Verilog HDL – chapter 7 ©2009, Pham Quoc Cuong 15 Computer Engineering 2009 Trình tự thực thi • Lấy lệnh từ bộ nhớ... Reg_Z Loads Bus_1 into the SRAM memory Advanced Digital Design with the Verilog HDL – chapter 7 ©2009, Pham Quoc Cuong 18 Computer Engineering 2009 RISC_SPM: Tập lệnh (1) • Thiết kế controller phụ thuộc vào tập lệnh • Có hai dạng thứ lệnh  Lệnh ngắn  Lệnh dài Advanced Digital Design with the Verilog HDL – chapter 7 ©2009, Pham Quoc Cuong 19 Computer Engineering 2009 RISC_SPM: Tập lệnh (2) Instr Instruction... chapter 7 ©2009, Pham Quoc Cuong 22 Computer Engineering 2009 Controller ASM: NOP/ADD/SUB/AND Advanced Digital Design with the Verilog HDL – chapter 7 ©2009, Pham Quoc Cuong 23 Computer Engineering 2009 Controller ASM: NOT Advanced Digital Design with the Verilog HDL – chapter 7 ©2009, Pham Quoc Cuong 24 Computer Engineering 2009 Controller ASM: RD Advanced Digital Design with the Verilog HDL – chapter 7. .. 2009 Controller ASM: WR Advanced Digital Design with the Verilog HDL – chapter 7 ©2009, Pham Quoc Cuong 26 Computer Engineering 2009 Controller ASM: BR/BRZ Advanced Digital Design with the Verilog HDL – chapter 7 ©2009, Pham Quoc Cuong 27 Computer Engineering 2009 RISC_SPM Advanced Digital Design with the Verilog HDL – chapter 7 ©2009, Pham Quoc Cuong 28 . 2009 dce Thiết kế mạch số dùng HDL Chương 7 Thiết kế và tổng hợp bộ điều khiển dòng dữ liệu Computer Engineering 2009 ©2009,. HDL – chapter 7 Bộ dòng dữ liệu – datapaths unit • Bộ số học luận lý (arithmetic logic unit - ALU) • Bộ cộng • Bộ nhân • Bộ xử lý tín hiệu số • Quản lý