Thiết kế vi điều khiển 32 bit trên FPGA :Hội nghị khoa học trẻ lần 4

Hội nghị Khoa học trẻ lần 4 năm 2022 (YSC2022) – IUH

Ngày 14/10/2022 ISBN: 978-604-920-155-4

118  2022 Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh

YSC4F.210

THIẾT KẾ VI ĐIỀU KHIỂN 32 BIT TRÊN FPGA

VU THI HONG NGA1

, DO TRUONG VI KY 2

, DOAN BA TIEN 3

Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh

1

[email protected], 2

[email protected], 3

[email protected]

Tóm tắt. Trong bài báo này, chúng tôi tập trung vào thiết kế và thực thi vi điều khiển nhúng 32 bit bằng

cách sử dụng ngôn ngữ mô tả phần cứng Verilog (VHDL). VHDL giúp chúng tôi mô tả đầy đủ phần cứng

của vi mạch (IC), tối thiểu tài nguyên vật lý và giảm thời gian thiết kế [1]. Cấu trúc phần cứng của bộ vi

điều khiển gồm module PIO, Interrupt, Timer, ADC, UART, PWM. Tất cả các modules của vi điều khiển

nhúng 32 bit được mã hóa trong Verilog để dễ dàng mô tả và thực thi phần cứng. Các khối được thiết kế sử

dụng mô hình hành vi và được mô phỏng và kiểm chứng bằng phần mềm ModelSim, sau đó thực thi trên

Kit DE0-Nano Development and Education với chip Cyclone IV EP4CE22F17C6N của Altera và phần

mềm Nios II.

Từ khóa. Vi điều khiển, FPGA, Verilog, HDL, ModelSim, PWM, UART, DE0-Nano, Cyclone IV

EP4CE22F17C6N, Phần mềm Nios II.

DESIGNING 32 BIT MICRO CONTROLLER ON FPGA

Abstract.In this paper, we focus on 32 bits embedded micro controller design and implementation by

using Verilog Hardware Description Language (VHDL). The VHDL helps us to fully describe the

Integrated Circuit (IC) hardware, minimize physical resources and reduce design time. The hardware

structure of the micro controller includes the PIO module, Interrupt, Timer, ADC, UART, PWM. All

modules in the design codes in Verilog for easy hardware characterization, verification, simulation and

implementation. The blocks design using behavioral modeling, then they are simulated and verified using

ModelSim software. Finaly, they execute on the DE0-Nano Education and Development Kit with Altera's

Cyclone IV EP4CE22F17C6N and software Nios II.

Keywords. Microcontroller, FPGA, Verilog, HDL, ModelSim, PWM, UART, DE0-Nano, Cyclone IV

EP4CE22F17C6N, Nios II software.

1. GIỚI THIỆU

Hiện nay ngành công nghệ điện tử phát triển ngày càng mạnh mẽ, đặc biệt là công nghệ Field Programmable

Gate Array (FPGA). Những thiết bị phức tạp hầu hết hiện nay đều được giải quyết trên cơ sở hệ vi xử lý.

Bên cạnh đó, nhờ tính linh động cao trong quá trình thiết kế, cho phép FPGA giải quyết những bài toán

phức tạp nhờ mật độ tích hợp cổng logic cao. FPGA còn có thể được ứng dụng trong những bài toán đòi

hỏi khối lượng tính toán lớn. Đặc biệt, với khả năng tái lập trình, người dùng có thể thay đổi các thiết kế

phần cứng theo nhiều mục đích khác nhau [6].

Dựa trên những ưu điểm mạnh mẽ và tính ứng dụng thực tiễn cao của FPGA, chúng tôi đã chọn nội dung

nghiên cứu “Thiết kế vi điều khiển 32 bit trên FPGA”. Vi điều khiển nhúng 32 bit được mô tả phần cứng

bằng ngôn ngữ verilog, sau đó được nạp xuống chip Cyclone IV EP4CE22F17C6N. Vi điều khiển được

thiết kế có đầy đủ các module PIO, Interrupt, Timer, ADC, UART, PWM. Ưu điểm của vi điều khiển thiết

kế trên FPGA là tốc độ biên dịch cao, dễ dàng kết nối với các ngoại vi, thay đổi các cấu hình phần cứng do

có thể tái lập trình được nhiều lần, dễ bảo trì, sử dụng thuận tiện cho việc nghiên cứu và chế tạo, phục vụ

cho dự án thiết kế số vừa và nhỏ.