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Uploaded by柏毅 李
OpenRISC whsap
本项目基于OpenRISC架构，旨在开发一个千核心处理器的异质软硬件集成平台，提供多核心通用运算和CPU可视化功能。通过FPGA和SMIMS工具的结合，实现了硬件与软件之间的高效通信，包括UART数据回传、GPIO控制及图形用户界面。该系统可用于研究和验证CPU及内存架构的修改，并实现了多种数据处理和显示功能。
![[嵌入式系統] MCS-51 實驗 - 使用 IAR (1)](https://cdn.slidesharecdn.com/ss_thumbnails/mcs51iarpart1-150613071712-lva1-app6892-thumbnail.jpg?width=640&height=640&fit=bounds)
![[嵌入式系統] 嵌入式系統進階](https://cdn.slidesharecdn.com/ss_thumbnails/advembedded-150613071653-lva1-app6892-thumbnail.jpg?width=640&height=640&fit=bounds)
OpenRISC whsap
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- 2. 2 成果示意 1. 開啟 GUI 2.透過一條 USB 連接 Host 與 FPGA 3. 按下「Run」將 C code program 到硬體端讓 OpenRISC core 做運算
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- 4. 4 動機 • 多核心通用運算平台 • CPUVisualization：能夠看到底層 core 的運作 • 修改 CPU 或記憶體架構，提供研究的驗證平台 • 在硬體電路中插入 performance counter 做分析
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- 6. 6 事前準備 • CPU架構：OpenRISC(Open source ReducedInstruction Set Computer) • 實作平台：FPGA • 軟硬體溝通介面：SMIMS Tool
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- 8. 8 事前準備 • CPU架構：OpenRISC • 實作平台：FPGA •軟硬體溝通介面：SMIMS Tool
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- 10. 10 事前準備 • CPU架構：OpenRISC • 實作平台：FPGA •軟硬體溝通介面：SMIMS Tool
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- 12. 12 系統架構 SMIMS Tool FPGA OpenRISC system OpenRISC system OpenRISCsystem OpenRISC system Software Hardware 結合三種既有工具
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- 14. 14 系統介紹 • UART • Header •Return information from OpenRISC • Baton API • GPIO • GUI
- 15. 15 UART • 動機 • 為Multi core 考量，減少RS232接線，使用一條 USB即可處理所有輸出 FPGA OpenRISC system TX / RX OpenRISC system TX / RX OpenRISC system TX / RX OpenRISC system TX / RX 缺點：每個 core 需 要一組TX / RX RS232 RS232 RS232 RS232
- 16. 16 標準的 UART 輸出 OpenRISCsystem UART TX / RX 要被 UART print 的字元 經過 UART module 轉換 成類比訊號 透過RS232做序列傳輸 WishboneBUS OpenRISC Core UART print data
- 17. 17 FPGA 改變輸出方式 OpenRISC core Control FSM UART UART print data OpenRISC system UARTprint Data register 紅線代表 Data path 黃線代表 Control path SMIMS Tool 從 UART module 中找出 UART print 的 控制訊號，並接到 FSM 將要輸出的資料先存到 我們新增的 register 中 FSM 判斷此時可以進行輸出 透過 SMIMS Tool 傳 到軟體層
- 18. 18 UART • 綜上所述，只要從 UARTmodule 中拉出下列訊號， 就可以達成 UART print 的功能 1. 控制訊號 2. 需要回傳的資料 • 另外加入兩套機制協助運作 1. Flag：紀錄各 core 是否需要做 UART print 2. Round robin：為確保公平，避免同個 core 持續 占用輸出的通道
- 19. 19 UART • Example： 1. Core0與 Core1 同時要做 UART print 2. 先處理 Core0 3. 此時 Core0 又有新的 UART print 4. 按照 Round robin 的機制會先處理 Core1 5. 最後再處理 Core0 0 0 core0 core1 UART_flag 1 1
- 20. 20 系統架構 SMIMS Tool Control FSM FPGA OpenRISC system OpenRISC system OpenRISC system OpenRISC system Data register 此 model只能用作 UART 回傳嗎？ 遵循此 model，可以回傳 任何我們想知道的訊息 UART print UART print data Software Hardware 新增 UART 相關電路 黃色區塊：我們 實作的項目
- 21. 21 系統介紹 • UART • Header •Return information from OpenRISC • Baton API • GPIO • GUI
- 22. 22 Header • 各種資料經由相同的通道傳輸，Host 該如何識別？ •參考網路協定中的封包架構 • 在資料前端加上 header，經 Host 端做 parse 後即可辨別 data type 與 core ID Data type Core ID 實際資料
- 23. 23 系統介紹 • UART • Header •Return information from OpenRISC • Baton API • GPIO • GUI
- 24. 24 Return information fromOpenRISC 1. 目前僅實作回傳 PC值 ( Program Counter ) 2. 未來將從 OpenRISC 中拉出更多訊號線 • General purpose registers • ALU 的 input / output、opcode • …… 3. 藉以達成 CPU visualization 的功能
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- 26. 26 系統介紹 • UART • Header •Return information from OpenRISC • Baton API • GPIO • GUI
- 27. 27 Baton API 初始化相關設定 解析 header內容 釋放相關資源 初始化 OpenRISC system的 RAM 對 RAM 的任意位置寫值 對 RAM 的任意位置讀值啟動底層 core 開始運作
- 28. 28 Stall Control FSM Hardware Software OpenRISC system_0 OpenRISC system_1 OpenRISC system_2 StallStall 時間軸 Program() RAM_0RAM_1 RAM_2 功能簡介： 從 Host 端將 RAM 的初始檔傳到 OpenRISC system 的 RAM 中
- 29. 29 OpenRISC system_2 OpenRISC system_1 OpenRISC system_0 Stall Control FSM Hardware Software StallStall 時間軸 Start() RAM_0RAM_1 RAM_2 功能簡介： 解除底層所有 core 的 stall 訊號
- 30. 30 Hardware Software OpenRISC system_0 OpenRISC system_1 OpenRISC system_2 時間軸 Parse() PC Data register UART print data Control FSM 功能簡介： 解析來自OpenRISC core 的資料，辨別 data type 與 core ID。目前的 type 包含： 1. PC ( Program Counter ) 2. UART 3. End of core
- 31. 31 Stall Control FSM Hardware Software OpenRISC core0 OpenRISC core1 OpenRISC core2 StallStall 時間軸 RAM_0RAM_1 RAM_2 Receive() 功能簡介： 可以對 RAM 的特定區間 ( start address ～ start address + size ) 讀值
- 32. 32 紅框的 state 用於 與API handshaking Control FSM
- 33. 33 系統架構 Baton API SMIMS Tool Control FSM FPGA OpenRISC system OpenRISC system OpenRISC system OpenRISC system Data register 不想讓 OpenRISCcore 只是單純的運算單元 還希望 core 具有 控制周邊設備的能力 Software Hardware黃色區塊：我們 實作的項目
- 34. 34 系統介紹 • UART • Header •Return information from OpenRISC • Baton API • GPIO • GUI
- 35. 35 GPIO OpenRISC system RAM Core GPIO_register Redirector Wishbone BUS Core透過 BUS 連接 RAM 新增 Redirector， 當Core讀取特 定位址時會導向 GPIO register 最後將 GPIO_register assign 到 FPGA 上的 GPIO port
- 36. 36 GPIO – 示波器驗證 •令 GPIO port 做0-1-0-1-……的輸出
- 37. 37 Software Hardware 系統架構 Baton API SMIMS Tool Control FSM FPGA OpenRISC system OpenRISC system OpenRISC system OpenRISC system Data register Host (GUI) 基於Baton API 往上實作 Host 端的 GUI 新增 GPIO 相關電路 黃色區塊：我們 實作的項目
- 38. 38 系統介紹 • UART • Header •Return information from OpenRISC • Baton API • GPIO • GUI
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- 40. 40 Kernel Program • 於終端機下執行 • 編譯 專 案 原 始 碼 以 及 交 付 FPGA開發板或模擬器執行的 管理中樞 • 加入FPGA開發板所需的SDK 並且重新包裝為Baton API
- 41. Host 架構 41 Kernel Program FPGA Board Program •Kernel Program 將 OpenRISC 電路檔燒錄至開發板上 • Kernel Program將專案程式傳 送至開發板上後即可執行 • Kernel Program回收執行結果 及UART訊息
- 42. Host 架構 42 Kernel Program FPGA Board Program •Kernel Program 呼 叫 Or1ksim並且傳入設定 檔及專案程式 • Kernel Program回收執 行結果及UART訊息 Or1ksim System Call
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- 44. 44 Or1ksim void handle_sim_command (void) voidhandle_sim_command_simplified (char *cmd) 去除使用者輸入指 令的部分
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- 46. Host 架構 46 Kernel Program GUI Socket •GUI發送編譯或執行專 案的要求 • Kernel Program回應要 求、回傳UART訊息FPGA Board Program Or1ksim System Call
- 47. 47 • 利用Qt library開發的視窗程 式介面 •以C++為基底 • 強 大 的 GUI 及 各 式 各 樣 的 API函式庫 • 良好移植性，可在各平台上 開發 GUI
- 48. 48 • 提供專案管理(新增/儲存等)功能 • 選擇運作平台為FPGA開發板或者模 擬器 •按下執行後即可將任務提交至FPGA 開發板或者模擬器執行，結束後將 可以取得變動後的RAM資料
- 49. 49 • 一個tab代表一個core • 每個core都有三個區塊，分別顯示C code、assemblycode以及memory block
- 50. 50 • 可以選擇載入的C code •顯示行號及highlight • 可開啟外部編輯器(例如Gedit) 進行編輯 • 按下編譯後即可產生assembly code以及memory block資料
- 51. 51 • 顯示行號及highlight • 可開啟外部編輯器進行編輯 •按下compile後會根據修改過 的assembly code進行編譯
- 52. 52 • 展 示專 案 執 行 檔 執 行 前 後 的 RAM資料 • 不同的背景色分別不同功能 • 內容不同處提供紅色字體標記 • 搜尋指定記憶體位址
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- 57. Q & A •若對本系統有興趣，歡迎來信討論 • 林俊瑋：i1002256@hotmail.com • 李柏毅：iceobelisk@hotmail.com • Source code 下載 • http://ruru.csie.ncku.edu.tw/openrisc_tools/ 57