Návrh programovateľného regulátora prerušenia vo VHDL: 4 kroky

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2025-01-23 15:05

Som ohromený tým, aké reakcie na tento blog dostávam. Ďakujem, chlapci, že ste navštívili môj blog a motivovali ma, aby som sa s vami podelil o svoje znalosti. Dnes predstavím návrh ďalšieho zaujímavého modulu, ktorý vidíme vo všetkých SOC - Interrupt Controller.

Navrhneme jednoduchý, ale výkonný programovateľný ovládač prerušenia. Je to úplne konfigurovateľný a parametrizovaný dizajn, ktorý je prenosný naprieč platformami. Toto som navrhol po prečítaní mnohých obľúbených architektúr radičov prerušenia, ako sú NVIC, 8259a, RISC-V PLIC, Microblaze's INTC atď. Dúfam, že vám tento blog pomôže a pomôže vám porozumieť tomu, ako prerušenia zvláda procesor. pomocou ovládača prerušenia.

Krok 1: Špecifikácia

Nasledujú špecifikácie IP:

• Rozhranie AHB3-Lite.

• Staticky konfigurovateľné parametre:

  • Počet externých zdrojov prerušenia; podporuje až 63 prerušení.
  • Počet úrovní priority; podporuje až 63 úrovní.
  • Počet úrovní hniezdenia; podporuje až 8 úrovní vnorenia. 
  • Šírka autobusu; 32 alebo 64.
• Globálne a lokálne maskovateľné prerušenia.
• Dynamicky konfigurovateľná úroveň priority pre každé prerušenie.
• Dva režimy prevádzky - plne vnorený režim a režim rovnakej priority.
• Podporuje aktívne prerušenia citlivé na vysokej úrovni.

Pri návrhu sa používa mechanizmus prerušenia ruky inšpirovaný špecifikáciami RISC-V PLIC.

Preemption pre prerušenie je inšpirované 8259a

Ďalšie informácie: Microblaze INTC, NVIC

Krok 2: Prehľad PIC

Programovateľný radič prerušenia (PIC) prijíma viacnásobné prerušenia z externých periférií a zlúči ich do jedného výstupu prerušenia s jadrom cieľového procesora.

PIC je riadený prostredníctvom riadiacich a stavových registrov. Všetky registre PIC sú mapované do pamäte a sú prístupné prostredníctvom rozhrania zbernice AHB3-Lite.

Banka registrov pozostáva z konfiguračného registra, povolených registrov, čakajúcich registrov, registrov v prevádzke, prioritných registrov a registra ID, ktoré sú typické pre prerušovače.

Konfiguračný register slúži na nastavenie režimu prevádzky PIC. Môže fungovať buď v plne vnorenom režime, alebo v režime s rovnakou prioritou.

Každému prerušeniu je možné priradiť priority a individuálne ho maskovať. Podporované je aj globálne maskovanie všetkých prerušení.

Registračná banka spolupracuje s prioritným riešením a BTC (binárnym porovnávačom stromov), aby vyriešila priority čakajúcich prerušení a zodpovedajúcim spôsobom uplatnila prerušenie pre procesor. Register ID obsahuje ID čakajúceho prerušenia s najvyššou prioritou.

Krok 3: Návrh a implementácia RTL

Dizajn PIC kladie dôraz na zníženie latencie pri riešení priorít, čo je najdôležitejšia časť návrhu. Pretože dizajn rieši priority v jednom hodinovom cykle, výkon klesá s nárastom počtu zdrojov so zložitosťou Log2.

Návrh bol úspešne implementovaný a načasovanie overené až na nasledujúce frekvencie na FPGA Artix-7.

• Až 15 zdrojov: 100 MHz
• Až 63 zdrojov: 50 MHz

Latencia prerušenia pridaná samotným PIC sú 3 hodinové cykly (bez času na prepnutie kontextu procesora a času načítania prvého príkazu ISR).

Krok 4: Dôležité poznámky a priložené súbory

Dôležité poznámky:

• Ak je rozhranie AHB3-Lite nežiaduce, môžete zmeniť horný modul a použiť kostrový dizajn PIC. Poskytnutý testovací stôl je však pre IP s rozhraním AHB3-Lite.
• PIC IP v1.0 je úplne prenosný, holý RTL dizajn.
• Funkčne overené, aby fungovalo v oboch režimoch.

Priložené súbory:

• Navrhnite kódy a testovací stôl vo VHDL.
• Úplná dokumentácia IP.

Jedná sa o open-source dizajn … Neváhajte ho použiť …

V prípade akýchkoľvek otázok kedykoľvek:

Mitu Raj