5. Procesador Hormiga 2.1

Características generales:

• procesador monociclo
• reloj de 10Hz, 12 MHz o paso a paso
• 15 Instrucciones de 8 bits: 4bit opcode 4bit args

Modulo de PWM:

• recibe 2 bits y lo pasa a 2 señales de PWM para controlar los servos
• funciona igual que el que vimos en clase: https://github.com/myTeachingURJC/Mecatronica/wiki/L8:-Control-digital-de-motores#generador-de-se%C3%B1ales-pwm

Puerto Serie:

• recibe y manda datos por el puerto serie
• lo he usado para depurar, ver todos los registros del procesador

Modulo de sincronización:

• recibe las entradas de los sensores y las sincroniza con el reloj antes de que pasen a los registros del procesador.
• importante para evitar glitches, más info:https://github.com/myTeachingURJC/Mecatronica/wiki/S5:-Sensores-binarios#etapa-3-sincronizaci%C3%B3n

RAM:

• 256 bytes data

  memoria de lectura y escritura guarda variables

• 256 bytes program

  memoria de solo lectura guarda las instrucciones en codigo máquina

Registros

• 4 registros de proposito general (r0, r1, r2, r3)
• 4 registros especiales (flags, pc, RPin, WPin)
• r1, r2 suelen ser argumentos de las instrucciones
• r1 puede ser un puntero a memoria en load, store, jump
• r0 suele ser el resultado de la instruccion

flags:

0 menor
1 menor igual
2 igual
3 mayor igual
4 mayor

pc: contador de programa

• al arrancar empieza en 0
• suma 1 cada vez que termina un ciclo de reloj (flanco de bajada!)
• si se ejecuta un jump, se puede cambiar su valor

RPin

• 8 entradas 1 bit
• se accede con la instruccion io 0

WPin

• 8 entradas 1 bit
• se accede con la instruccion io 1

ALU y control:

• lee todos los registros, la instruccion actual y la memoria de datos
• produce 3 bytes de salida (out, control, addr)
• out es el resultado de la instruccion, por ejemplo, en la suma 1+2 será 3.
• control son 4 parejas de bits que indican en que registro se va a escribir y controlan la memoria ram
• addr es la direccion de memoria de la memoria de datos, para las instrucciones de ld y st

Instrucciones:

0  add    args:           reads: r1,r2     writes: r0
    r0=r1+r2 suma
1  sub    args:           reads: r1,r2     writes: r0
    r0=r1-r2 resta
2  addi   args: lit       reads: r0        writes: r0
    r0=r0+lit (4 bits) suma de un literal de 4 bits
3  zero   args: rn        reads:           writes: rn
    rn=0 reset de un registro direccionable rn
4  and    args:           reads: r1,r2     writes: r0
    r0=r1&r2 bitwise and
5  nand   args:           reads: r1,r2     writes: r0
    r0=!(r1&r2) bitwise nand (tambien sirve para hacer not)
6  left   args:           reads: r0        writes: r0
    r0<<1 logical shift left
7  right  args:           reads: r0        writes: r0
    r0>>1 logical shift right
8  copy   args: rn,rm     reads: rn        writes: rm
    rm=rn copia el valor de rn en rm
9  io     args: TODO:args reads: r0        writes: r0
    accede a los registros no direccionables de lectura y escritura
    si el arg es 0, copia RPin a R0
    si el arg es 1, copia r0 a WPin 
10 cmp    args:           reads: r1,r2     writes: flags
    flags=result guarda el resultado de una comparacion en el registro de flags
11 jump   args: flag_sel  reads: r1        writes: pc
    escribe r1 en el pc si la flag seleccionada es 1.
    para hacer salto incondicional flag_sel=8
12 ld     args:           reads: r1,data   writes: r0
    r0=data (en &r1) carga el valor de la posicion r1 de la memoria de datos en r0
13 st     args:           reads: r1,r2     writes: r0,data
    data=r2 (en &r1) guarda el valor de r2 en la posicion r1 de la memoria de datos
14 frst   args:           reads:           writes: flags
    flags=0 resetea el registro de flags
15 not used

ensamblador externo:

• genera codigo maquina en hexadecimal para pegarlo directamente en las memorias de datos y programa

Por ejemplo:

#7+2
zero r0
addi 7
copy r0r1 
zero r0
addi 2
copy r0r2
add

da como salida:
text: 30 27 81 30 22 82 00

Sintaxis especial

• "#" al principio de una línea es un comentario
• "define :nombre valor" para definir una constante

los nombres de constantes deben empezar por ":"

• "data arg0 arg1 arg2..." para escribir en la memoria de datos
• ":tag" para definir una etiqueta

el postprocesador sustituirá todas las etiquetas por el numero de instrucción siguiente (en hexadecimal)

• ignora líneas vacías, espacios y tabuladores al principio y final de cada linea

Posibles mejoras:

• mejorar el set de instrucciones:

poner argumentos a add para que pueda sumar 2 datos de cualquier registro, en vez de solo r1+r2

también podría mejorar el addi para que me deje sumar literales de 1 byte...

• cargar datos en memoria desde puerto serie:

para cambiar el programa dinámicamente en vez de recompilar todo el procesador cada vez

• añadir una memoria de stack para poder hacer subrutinas y recursión.

Pagina web con LEDs virtuales

• basada en https://github.com/myTeachingURJC/Mecatronica/wiki/S6:-Comunicaciones#componentes-virtuales-en-la-fpga
• se conecta con el procesador y puede mandar y recibir bits, que uso para encender leds virtuales.
• https://danparseg.github.io/github_pages_test/

Instrucciones para arrancar el procesador:

• cargar el programa que queramos con icestudio
• arrancar el reloj con el pulsador 1: 3 toques para 12MHz