Proposta de arquitetura de um sistema em um chip (Soc) para fins educacionais.

A utilização de chips complexos compostos por diversos processadores e periféricos em uma mesma pastilha se tornou realidade em projetos atuais de dispositivos eletrônicos devido ao baixo custo de processos de fabricação e disponibilidades de ferramentas de projeto. Neste contexto, a formação de um engenheiro capacitado ao desenvolvimento dessas novas tecnologias perpassa pela assimilação, e aplicação de conceitos fundamentais na teoria de sistemas digitais. Dentre eles: arquitetura de computadores e seu fluxo de dados, aplicação de máquinas de estados, arquiteturas de comunicação em chip, análise de tempo em circuitos digitais e utilização de linguagens de descrição de hardware (HDL). Neste contexto, este trabalho apresenta os fundamentos de desenvolvimento de um sistema em chip (SoC) simples de propósito educacional que possa ser implementado em um semestre letivo, que seja de baixo custo, e que o projeto contemple a concepção de uma arquitetura de hardware e de desenvolvimento de um software a ser executado pelo microcontrolador. A fim de tornar o processo o mais didático possível, este trabalho aborda o desenvolvimento completo de um módulo UART em Verilog HDL, seguido de sua integração utilizando uma arquitetura de barramento simples customizada que permita a integração do módulo UART criado, com o microcontrolador Xilinx Picoblaze KCPSM6 e interface de memória compatível com o chip de memória 16Mbyte CelullarRAM 1.5 MT45W8MW16BGX. Em seguida apresenta-se o desenvolvimento de um Firmware que utiliza todos os módulos implementados com a finalidade de verificar seu correto funcionamento. Ao fim, o projeto é portado para uma FPGA modelo Spartan 6 contido na placa de desenvolvimento Digilent Nexys 3.

Palavras-chave em Inglês

System on chip
SoC
FPGA
Verilog
Nexys 3

Resumo em Inglês

Use of complex chips with several cores and peripherals on a same die has become a trend on current electronic devices, due to low cost of fabrication processes and availability of CAD tools. So, current projects have demanded high qualified engineers with fully understanding of a set of fundamental topics on digital design. Including, computer architecture and its data flow, state machine applications, on-chip communication architectures, time analysis and hardware description languages. In this context, this work presents the design fundamentals of a low cost system-on-chip (SoC) to educational purpose, that can be implemented in one semester. The project includes a hardware architecture design and firmware design. Including, the fully implementation of a custom UART module using Verilog HDL, followed by description of how to interface the UART module developed and a memory interface compatible with the chip CelullarRAM 1.5 MT45W8MW16BGX 16Mbytes to the microcontroller Xilinx Picoblaze KCPSM6 on a shared bus environment. Next, we present a firmware implementation able to use all modules implemented, aiming to verify if the devices are working properly. At the end of the project, we describe how to implement the design on the board Digilent Nexys 3.

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Data de Publicação

2014-08-25

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