Endüstriyel 8051 IP CORE tasarımına Watchdog Timer biriminin entegre edilmesi

Abstract

ÖZET Anahtar Kelimeler: FPGA, VHDL, Watchdog Günümüzde elektronik sistemlerin tasarımında system-on-chip (SoC) teknolojisi özellikle yer ve enerji sorunlarının yoğun olarak yaşandığı alanlarda kullamlmaktadır. SoC teknolojisinde, sistem içerisindeki birimler çoğunlukla bir donanım tanımlama dili (VHDL,VERILOG veya SystemC) yardımıyla ifade edilirler. Özellikle ASIC, VLSI yapılarda şemasal girişlere de uygulanabilmektedir. Sistemin tanımlanma aşamasını takiben derleme ve davranışsal benzetim adımlan gerçekleştirilir. Sistemden beklenen cevapların elde edilmesiyle sistem üzerinde zamansal benzetim aşamasına geçilir. Bütün birimler, sentezleme ve yerleştirme işlemleri sonunda programlanabilir (ASIC vb.) yada tekrar programlanabilir bir tümleşik devreye aktarılır. Sistemin uygulama aşamasında ise gerek büyük kapasiteleri ve gerekse de esnek yapılarından dolayı FPGA tümleşik devreleri tercih edilmektedir. SoC teknolojisini mikrodenetleyicili sistemlere uygulayabilmede önemli parametrelerden biri de seçilen FPGA entegresinin kapasitesidir. Bu kapasiteyi en verimli şekilde kullanmak için 8051 mikrodenetleyicisinin sadece gerekli birimleri entegre üzerinde oluşturulmalıdır. Aksi takdirde gereksiz yere entegre alanı işgal edilmesi ve ekstra güç tüketimi gibi dezavantajlar ortaya çıkar. Günümüzde endüstriyel bir standart haline gelmiş olmasına rağmen 8051 mikrodenetleyicisinin temel mimarisinde, bir programın çalışması sırasında mikrodenetleyicinin hatalı bir döngü içerisinde sürekli dönmesini engelleyen watchdog timer birimi yoktur. Bu birimin olması hem zaman kaybını engeller hem de sistemin doğru çalışmasını sağlar. Bu birimi içeren 8051' in diğer türevleri ise watchdog timer' in haricinde daha farklı birimler de içerir ve bunlar da mikrodenetleyicinin maliyetini artıran unsurlardan olmaktadır. Bu çalışmada, endüstriyel alandaki uygulamalardaki gereksinimlerine göre ve kullanıcının isteği doğrultusunda, çevre birimlerinin sayısı ve türü, hafıza birimlerinin büyüklüğü, komut seti, komut işleme süresi belirlenebilen ve SAU80C51 olarak adlandırılan IP-core (İşlemci tabanlı çekirdek), tasarımı gerçekleştirildi. Watchdog timer birimi mikrodenetleyiciden bağımsız olarak tasarlanıp sisteme entegre edildi. Biçimlendirme işlemi bir donanım tanımlama dili (HDL) yardımıyla FPGA mimarileri kullanılarak yapıldı. xvıı

SUMMARY Keywords: FPGA, VHDL, and Watchdog System-on-chip (SoC) is an emerging modern technology in electronic systems design. In this technology, system components are expressed by means of a hardware specification language such as VHDL, VERILOG and SystemC. Followed by system specification, compiling and behavioral simulation steps are proven. Temporal simulation phase over a system is given up through acquiring expected responses of the system. After the synthesizing and locating operations, all units are mapped into the reprogrammable integrated circuit (IC). FPGA integrated circuits are preferred at the implementation of the system due to their big capacity and flexible structure. In the industrial systems, during the execution of an application, detecting an infinite loop in a micro-controller operation causes to reinitialize the program and therefore, it saves time and ensures the proper system execution. However, although 8051 micro-controller currently is an industry standard, there is no such a property in its standard architecture. Other 8051 models containing this unit include extra units except watchdog timer and, therefore an increase at micro-controller's cost. In implementing SoC technology to micro-controller systems, one of the important parameter is capacity of preferred FPGA. In order to use this capacity in the most efficient way, only necessary units of 8051 micro-controller must be included in IC. Otherwise, disadvantages appear such as wasting IC capacity and extra power consumption. In this study, watchdog timer unit is designed independent of micro controller and is integrated into the system. Therefore, by using this approach, preferred and necessary all units can be added to the system later and can be extracted from the system at will. xvm