Projektowanie sterowników mikroprogramowanych z wykorzystaniem bloków pamięci układów programowalnych

• Autorzy: Wiśniewski R. , Barkalov A. A. , Halang W. A.

Warianty tytułu

EN

Design of microprogrammed controllers with dedicated memory blocks

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule zaprezentowana zostanie nowa metoda projektowania sterowników mikroprogramowanych. W proponowanym rozwiązaniu zarówno moduł pamięci, jak i część adresująca sterownika realizowane są z wykorzystaniem dedykowanych bloków pamięci układów programowalnych. Dzięki temu układ sterujący może zostać w łatwy sposób zweryfikowany pod kątem bezpieczeństwa. Ponadto zredukowana zostaje liczba wykorzystanych elementów logicznych, które są niezbędne do implementacji układu sterującego w matrycach programowalnych. Trzecią istotną korzyścią proponowanej metody jest możliwość zastosowania częściowej rekonfiguracji zarówno części zarządzającej jak i modułu pamięci sterownika. Idea metody zostanie zilustrowana przykładem. Pokazane zostaną wszystkie kroki, które są niezbędne do realizacji układu z wykorzystaniem proponowanej metody.

EN

A compositional microprogram control unit (also called a microprogrammed controller) is a multi-level device whose control unit consists of two main units. The first one is responsible for addressing microinstructions that are kept in a control memory. It is a simple finite-state machine. The role of the second unit is to hold and generate adequate microinstructions. Such a solution permits to minimize the number of logic elements required to implement the control unit. Therefore, wider areas of the target device can be accessed by other modules of the designed system. The control memory can be implemented using either logic elements or dedicated memory blocks of a chip. In this paper a new design method of microprogrammed controllers is proposed. Its idea is to implement the addressing part of microprogrammed controllers with memories. This kind of solutions has three main advantages. First of all, such designs can easily be verified thanks to the regular structure of memories, which fosters the inherent safety of entire control units. Moreover, in such a case the design is implemented with a System-on-Programmable-Chip (SoPC), the additional resources available there in form of programmable devices may be used. It is possible to implement the addressing part of a control unit with dedicated memory blocks of an SoPC, which results in a reduction of logic elements (especially look-up tables) required. Finally, the concept allows application of partial reconfiguration of an SoPC. Thus, the functionality of the whole controller can be easily and quickly modified. The proposed method is illustrated by an example. All steps required in order to design and prototype microprogrammed controllers based on the presented concept are shown in detail.

Słowa kluczowe

PL

sterownik mikroprogramowany (mikroprogramowany układ sterujący); programowalny układ FPGA

EN

Microprogrammed Controller (Compositional Microprogram Control Unit); field programmable gate array (FPGA)

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2009
• Tom: R. 55, nr 8
• Strony: 569--571
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., wzory

Twórcy

autor

Wiśniewski R.

autor

Barkalov A. A.

autor

Halang W. A.

• Instytut Informatyki i Elektroniki, Uniwersytet Zielonogórski,

Bibliografia

• [1] E. Sentovich, K. J. Singh, C. W. Moon, H. Savoj, R. K. Brayton, A. L. Sangiovanni-Vincentelli: Sequential circuit design using synthesis and optimization, ICCD’92: Proceedings of the 1991 IEEE International, 1992, pp. 328-333.
• [2] S. Baranov: Logic Synthesis for Control Automata, Kluwer Academic Publishers, 1994.
• [3] V. Solovjev: Design of the Functional Units of Digital Systems Using Programmable Logic Devices, Bestprint, Minsk, 1996.
• [4] T. Łuba (Praca zbiorowa pod redakcją prof. Tadeusza Łuby): Synteza układów cyfrowych, WKŁ, Warszawa, 2003.
• [5] D. Kania: Synteza logiczna przeznaczona dla matrycowych struktur programowalnych typu PAL, Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2004.
• [6] G. DeMicheli: Synthesis and Optimization of Digital Circuits, McGraw Hill, New York, 1994.
• [7] M. Molski: Modułowe i mikroprogramowalne układy cyfrowe, WKŁ, Warszawa, 1986.
• [8] A. Barkalov, A. V. Palagin: Synthesis of Microprogram Control Units, IC NAS of Ukraine, Kiev, Ukraine, 1997.
• [9] A. Barkalov: Synteza jednostek sterujących w strukturach programowalnych, KNWS’05, Oficyna Wydawnicza UZ, Zielona Góra, 2005.
• [10] R. Wiśniewski: Częściowa rekonfiguracja mikroprogramowanych układów sterujących implementowanych z wykorzystaniem struktur FPGA, OWD 2005, Archiwum Konferencji PTETiS, Wisła, 2005.
• [11] Xilinx: Using Block SelectRAM+ Memory in Spartan-II FPGAs, www.xilinx.com/bvdocs/appnotes/xapp130.pdf, 2000.
• [12] R. Wiśniewski: Projektowanie układów mikroprogramowanych z wykorzystaniem wbudowanych bloków pamięci w matrycach programowalnych, KNWS’05, Oficyna Wydawnicza UZ, Zielona Góra, 2005.
• [13] Xilinx: Using Block RAM in Spartan-3 Generation FPGAs, www.xilinx.com/bvdocs/appnotes/xapp463.pdf, 2005.
• [14] W. A. Halang, M. Adamski: A programmable electronic system for safety related control applications, Advances in safety and reliability, Proceedings of the International Conference – ESREL’97, Vol. 1, Pergamon, Oxford, 1997, pp. 349-355.
• [15] W. A. Halang, B. J. Krämer: Safety assurance in process control, IEEE Softw., Vol. 11 (1), 1994, pp. 61-67.
• [16] C. A. Papachristou: A scheme for implementing microprogram addressing with programmable logic arrays, Digital Processes Vol. 5 (No 3-4), 1979, pp. 235-256.
• [17] R. Wiśniewski, A. Barkalov, L. Titarenko: Optimization of address circuit of CMCU, EWDTW’06. Kharkov, 2006, pp. 167-170.
• [18] C. Maxfield: The Design Warrior’s Guide to FPGAs, Academic Press, Inc., Orlando, FL, USA, 2004.
• [19] Xilinx: Two flows for partial reconfiguration, http://direct.xilinx.com/ bvdocs/appnotes/xapp290.pdf, 2004.