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Progettazione VLSI di un coprocessore matematico per sistemi embedded

Informazioni tesi

  Autore: Giorgio Filippi
  Tipo: Tesi di Laurea
  Anno: 2003-04
  Università: Università degli Studi di Pisa
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Elettronica
  Relatore: Pirangelo Terreni
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 218

La tesi ha avuto come obiettivo la realizzazione, mediante linguaggio VHDL, di un coprocessore matematico che lavorasse sui numeri in formato floating point (FPU). La FPU è stata realizzata per essere interfacciata al LEON, un processore SPARC realizzato in VHDL dall’Agenzia Spaziale Europea che è disponibile in open source e può essere utilizzato per realizzare il core all’interno di sistemi embedded.
Si è studiato il LEON concentrando l’attenzione sull’interfaccia predisposta per fargli lavorare in parallelo un coprocessore, i modi utilizzati per rappresentare i numeri nei sistemi di elaborazione dell’informazione e lo standard IEEE per la rappresentazione dei numeri in virgola mobile. È stata quindi studiata l’aritmetica in virgola mobile, in particolare gli algoritmi per le operazioni base e lo standard IEEE. Dopo aver fatto lo studio delle poche FPU presenti in letteratura sono state scelte le specifiche e l’architettura della FPU.
La FPU è stata realizzata in VHDL e :
• Lavora in Singola Precisione (32-bit).
• Realizza le operazioni di :
Addizione, Sottrazione, Moltiplicazione, Divisione,
Radice quadrata, Valore assoluto e Negazione.
• È conforme allo standard IEEE-754 e ne contempla sia i 4 tipi di arrotondamento, sia le eccezioni previste.
La FPU ha integralmente superato la verifica del UCBTEST sviluppato a Berkeley presso la University of California. È stata realizzata l’interfaccia per connetterla al LEON ed infine la FPU e l’Interfaccia sono state sintetizzate in tecnologia CMOS 0,18 µm standard cell.

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Introduzione I sistemi “embedded” sono sistemi elettronici anche molto complessi, dedicati ad una particolare applicazione e “inseriti” in sistemi eterogenei, non necessariamente elettronici. Negli ultimi anni la loro diffusione è in costante crescita sia perché essi possono essere dedicati a svariate funzioni di controllo (controllori embedded), di comunicazione e di elaborazione dati (reti telefoniche) e sia grazie al grande sviluppo delle tecnologie di integrazione VLSI (“Very Large Scale of Integration”) che ne permettono l’implementazione su un’unica unità di silicio denominata SoC (System on Chip). Esempi di ambiti di applicazione dei sistemi embedded sono: • Industrie (controllo di impianti produttivi, di robot, ecc.). • Beni di tipo “consumer” (elettronica civile: elettrodomestici, televisori e videoregistratori, sistemi domestici di sicurezza, telefoni, ecc.) • Veicoli (dagli aerei e le navi alle automobili, dove i sistemi embedded compaiono nella strumentazione, nell'ABS, controllo di airbag e sistemi di sicurezza, sistemi di navigazione, sistemi di posizionamento globale...). • Telecomunicazioni (tutte le centrali telefoniche, le “base stations” per telefonia mobile… ). • Sistemi per la protezione del territorio e dell'ambiente. • Strumenti e protesi biomedicali.

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Parole chiave

coprocesore matematico
fpu
sintesi logica
sistemi embedded
vhdl

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