Návrh a implementace výukového mikrokontroléru založeného na zásobníkovém procesoru

Abstract

Diplomová práce se zabývá návrhem tzv. soft-core mikrokontroléru postaveného na zásobníkovém procesoru. V teoretické části jsou tyto procesory představeny a definovány a jsou rozebrány vybrané existující projekty zásobníkových procesorů. Praktická část práce se věnuje popisu navrženého mikrokontroléru a programového vybavení, které k němu náleží. Výsledný mikrokontrolér EduStackMachine kromě základních periferií obsahuje také hardwarovou ladicí jednotku schopnou komunikovat přes JTAG s programem OpenOCD. Pro pohodlnější vývoj programů je k dispozici jednoduchý jazyk symbolických instrukcí včetně překladače. V rámci práce byla také navržena jednoduchá deska plošných spojů, která přidává použitému kitu další periferie, a především přidává důležité komunikační sběrnice. V samotném závěru praktické části jsou zhodnoceny a porovnány dosažené výsledky s existujícími řešeními. V závěru jsou pak představeny další cesty možného budoucího vývoje. I přes některé nedostatky byl cíl práce splněn a mikrokontrolér je ve stavu, kdy je možné jej používat ve výuce pro demonstraci fungování zásobníkových procesorů.

The diploma thesis deals with the concept of a soft-core micro-controller with a stack processor core. In the theoretical part, these processors are introduced and defined, also, a selection of some already–existing stack–processor projects are presented. The practical part of the thesis is concerned with the description of the implemented micro-controller as well as the programming equipment which belongs to it. The final micro-controller EduStackMachine, aside of basic peripherals, contains hardware–debugging unit which is able to communicate through JTAG with OpenOCD debugger. For more comfortable development of the programs, there is a simple assembly language, including its corresponding assembler, available. A simple printed circuits board was designed, which adds a few more external peripherals to FPGA board and, moreover, it further expands communication interfaces. At the very end of the practical part of the thesis the results were evaluated and compared with pre-existing solutions. In the conclusion of the thesis, some possible ways of further research are proposed. Despite some deficiencies, the aim of the thesis was met and the micro-controller is in state, where it could be used during lessons and/or for demonstrating principles of stack processor.