I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   R e c o n f i g u r a b l e   a n d   E m b e d d e d   S y s t e m s   ( I J R E S )   V o l .   1 ,   N o .   2 ,   J u l y   2 0 1 2 ,   p p .   5 9 ~ 6 6   I S S N :   2 0 8 9 - 4 8 6 4             5 9       J o u r n a l   h o m e p a g e :   h t t p : / / i a e s j o u r n a l . c o m / o n l i n e / i n d e x . p h p / I J R E S   F P G A   I m p l e m e n t a t i o n   o f   a   6 4 - B i t   R I S C   P r o c e s s o r   U s i n g   V H D L       I m r a n   M o h a m m a d 1 ,   R a m a n a n j a n e y u l u   K 2   1 , 2 Q I S   Co l l e g e   o f   E n g i n e e r i n g ,   A n d h r a   P r a d e s h ,   I N D I A   E m a i l : 1 i m r a n m d c o m @ g m a i l . c o m ,   2 r a m u 3 6 n b a @ g m a i l . c o m       A r t i c l e   I n f o     A B S T R A C T   A r t i c l e   h i s t o r y :   R e c e i v e d   A p r   2 2 ,   2 0 1 2   R e v i s e d   J u n   2 4 ,   2 0 1 2   A c c e p t e d   J u l   6 ,   2 0 1 2       I n   t h i s   p a p e r ,   t h e   F i e l d   P r o g r a m m a b l e   G a t e   A r r a y   ( F P G A )   b a s e d   6 4 - b i t   R I S C   p r o c e s s o r   w i t h   b u i l t - i n - s e l f   t e s t   ( B I S T )   f e a t u r e   i m p l e m e n t e d   u s i n g   V H D L   a n d   w a s ,   i n   t u r n ,   v e r i f i e d   o n   X i l i n x   I S E   s i m u l a t o r .   T h e   V H D L   c o d e   s u p p o r t s   F P G A ,   S y s t e m - O n - C h i p   ( S O C ) ,   a n d   S p a r t a n   3 E   k i t .   T h i s   p a p e r   a l s o   p r e s e n t s   t h e   a r c h i t e c t u r e ,   d a t a   p a t h   a n d   i n s t r u c t i o n   s e t   ( I S )   o f   t h e   R I S C   p r o c e s s o r .   T h e   6 4 - b i t   p r o c e s s o r s ,   o n   t h e   o t h e r   h a n d ,   c a n   a d d r e s s   e n o r m o u s   a m o u n t s   o f   m e m o r y   u p   t o   1 6   E x a b y t e s .   T h e   p r o p o s e d   d e s i g n   c a n   f i n d   i t s   a p p l i c a t i o n s   i n   h i g h   c o n f i g u r e d   r o b o t i c   w o r k - s t a t i o n s   s u c h   a s ,   p o r t a b l e   p o n g   g a m i n g   k i t s ,   s m a r t   p h o n e s ,   A T M s .   K e y w o r d :   B I S T   F P G A   R I S C   P r o c e s s o r     S o C   V H D L   Co p y r i g h t   ©   2 0 1 2   I n s t i t u t e   o f   A d v a n c e d   E n g i n e e r i n g   a n d   S c i e n c e .     A l l   r i g h t s   r e s e r v e d .   C o r r e s p o n d i n g   A u t h o r :   I m r a n   M o h a m m a d ,     Q I S   C o l l e g e   o f   E n g i n e e r i n g ,     A n d h r a   P r a d e s h ,   I N D I A   E m a i l :   i m r a n m d c o m @ g m a i l . c o m       1 .   I N T R O D U C T I O N   I n   t o d a y s   t e c h n o l o g y ,   R I S C   P r o c e s s o r s   a r e   p l a y i n g   a   p r o m i n e n t   a n d   t h e   R I S C   w i t h   B I S T   f e a t u r e   i s   o n e   o f   t h e   m o r e   d o m i n a n t   t e s t   p a t t e r n   w h i c h   c a n   p r o v i d e s ,   i n   s y s t e m   t e s t i n g   o f   t h e   C i r c u i t - U n d e r - T e s t   ( C U T ) .   T h i s   i s   c r u c i a l   t o   t h e   q u a l i t y   c o m p o n e n t   o f   t e s t i n g .   B I S T   d e s i g n   i s   b e c o m i n g   m o r e   c o m p l i c a t e d   w i t h   t h e   i n c r e a s e   o f   I C   s i z e .   T h o u g h   t h e   R I S C   h a s   l e s s   i n s t r u c t i o n   s e t ,   a s   i t s   t h e   b i t   p r o c e s s i n g   s i z e   i n c r e a s e s   t h e n   t h e   t e s t   p a t t e r n   b e c o m e s   c o m p l i c a t e d   a n d   t h e   s t r u c t u r a l   f a u l t s   a r e   m a i n t a i n e d   h i g h .   A n d   B I S T   i s   h i g h l y   r e l i a b l e ,   l o w   c o s t .   B I S T   i s   b e n e f i c i a l   i n   m a n y   w a y s :   F i r s t ,   i t   c a n   r e d u c e   d e p e n d e n c y   o n   e x t e r n a l   A u t o m a t i c   T e s t   E q u i p m e n t   ( A T E ) .   I n   a d d i t i o n ,   B I S T   c a n   p r o v i d e   a t   s p e e d ,   i n   s y s t e m   t e s t i n g   o f   t h e   C i r c u i t - U n d e r - T e s t   ( C U T ) .   T h i s   i s   c r u c i a l   t o   t h e   q u a l i t y   c o m p o n e n t   o f   t e s t i n g .   A l s o ,   B I S T   c a n   o v e r c o m e   p i n   l i m i t a t i o n s   d u e   t o   p a c k a g i n g ,   m a k e   e f f i c i e n t   u s e   o f   a v a i l a b l e   e x t r a   c h i p   a r e a ,   a n d   p r o v i d e   m o r e   d e t a i l e d   i n f o r m a t i o n   a b o u t   t h e   f a u l t s   p r e s e n t .   I n   o u r   t h e s i s ,   a   6 4   b i t   R I S C   p r o c e s s o r   w i t h   l i m i t e d   f u n c t i o n a l i t y   i s   d e s i g n e d   w i t h   a n   a r c h i t e c t u r e   t h a t   s u p p o r t s   B I S T .   T h e   p r o p o s e d   d e s i g n   i s   d o n e   b y   i m p l e m e n t i n g   M I C A   ( M i n i m a l   I n s t r u c t i o n   S e t   C o m p u t e r   A r c h i t e c t u r e )   a r c h i t e c t u r e .   T h e   d e s i g n   i s   i m p l e m e n t e d   o n   X i l i n x   I S E   1 0 . 1 i   S i m u l a t o r   a n d   p r o g r a m m e d   b y   u s i n g   V H D L .   T h e   p r o g r a m m e d   c o d e   i s   s u p p o r t s   F P G A   S p a r t a n - 3 E   K i t .   H o w e v e r ,   c o n t e m p o r a r y   C A D   t o o l s   a l l o w   t h e   d e s i g n e r   o f   h a r d w i r e d   c o n t r o l   u n i t s   a l m o s t   a s   e a s y   a s   m i c r o   p r o g r a m m e d   o n e s .   T h i s   e n a b l e s   t h e   s i n g l e   c y c l e   r u l e   t o   b e   e n f o r c e d ,   w h i l e   r e d u c i n g   t r a n s i s t o r   c o u n t .   I n   o r d e r   t o   f a c i l i t a t e   t h e   i m p l e m e n t a t i o n   o f   m o s t   i n s t r u c t i o n   a s   r e g i s t e r - t o - r e g i s t e r   o p e r a t i o n s ,   A L U   i s   a n a l y z e d   a n d   a n   e x h a u s t i v e   s e t   o f   t e s t   p a t t e r n s   i s   d e v e l o p e d .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 9 - 4 8 6 4   I J R E S     V o l .   1 ,   N o .   2 ,     J u l y   2 0 1 2   :     5 9     6 6   6 0 2 .   A R C H I T E C T U R A L   D E S I G N   -   I M P L E M E N T A T I O N   I n   t h i s   s e s s i o n ,   A r c h i t e c t u r e ,   D a t a   p a t h ,   a n d   t h e   i n s t r u c t i o n   s e t   a r e   d e s c r i b e d .   T h e   F P G A   b a s e d   R I S C   P r o c e s s o r   h a s   i t s   a r c h i t e c t u r e   w i t h   B I S T ,   c o n t r o l   a n d   t i m i n g   m o d u l e   i s   a   H a r d w a r e   m o d u l e .   T h e   A L U   i s   d i v i d e d   i n t o   t w o   p a r t s   a s :   T h e   O p e r a t i o n a l   A r c h i t e c t u r e   ( O A )   a n d   t h e   T e s t i n g   A r c h i t e c t u r e   ( T A ) .     O p e r a t i o n a l   A r c h i t e c t u r e   ( O A )   d o e s   t h e   a c t u a l   o p e r a t i o n   o f   t h e   A L U .   I t   h a s   f i v e   u n i t s ,   4 - b i t   C a r r y   L o o k   A h e a d   a d d e r   ( C L A ) ,   a n d   a   4 - b i t   A N D ,   O R ,   X O R   a n d   I N V E R T E R   g a t e s .   T h e r e   i s   a   P r e C L A   t o   p r e p a r e   t h e   i n p u t s   b a s e d   o n   t h e   a r i t h m e t i c   o p e r a t i o n   t o   b e   d o n e .   T h e r e   i s   a   M U X   w h i c h   u s e s   t h e   s e l e c t   p i n s   t o   s e l e c t   o n e   o f   t h e   r e s u l t s   f r o m   t h e   a b o v e   f i v e   u n i t s .   T e s t i n g   A r c h i t e c t u r e   ( T A ) ,   w h i c h   c o m e s   i n t o   p l a y   o n l y   d u r i n g   t e s t i n g ,   h a s   a   R O M   w h i c h   h a s   t h e   d i s c o v e r e d   t e s t   p a t t e r n s   s t o r e d   i n .   T h e r e   i s   a n   a d d r e s s   d e c o d e r   t o   s e l e c t   w h i c h   o f   t h e   t e s t   p a t t e r n s   w i l l   b e   a p p l i e d .   T h e r e   i s   a   T e s t M U X ,   w h i c h   d e p e n d i n g   o n   t h e   v a l u e   o n   t h e   T e s t M o d e   p i n   w i l l   p r e s e n t   t h e   t e s t   p a t t e r n   o r   t h e   a c t u a l   i n p u t s   t o   b e   o p e r a t e d   u p o n ,   t o   t h e   O p e r a t i o n   A r c h i t e c t u r e .         F i g u r e   1 .   6 4 - b i t   R I S C   P r o c e s s o r   A r c h i t e c t u r e .       T a b l e   1 :   3 3   I n s t r u c t i o n   S e t   ( I S )   f o r   6 4   b i t   R I S C   P r o c e s s o r   I N S T R U C T I O N S   D E S C R I P T I O N   A D D     A r i t h m e t i c   A d d i t i o n   A D D     d e s t .   S r c :   A d d s   s r c   t o   d e s t   a n d   r e p l a c i n g   t h e   o r i g i n a l   c o n t e n t s   o f   d e s t i n a t i o n .   B o t h   o p e r a n d s   a r e   b i n a r y .   I A N D     L o g i c a l   A N D   A D D     d e s t .   S r c :   P e r f o r m s   a   l o g i c a l   A N D   o f   t h e   t w o   o p e r a n d s   r e p l a c i n g   t h e   d e s t i n a t i o n   w i t h   r e s u l t .   S K I P Z     S k i p   o n   Z e r o     S k i p z ,   S k i p s   o n e   c l o c k   c y c l e   w h e n   d a t a   e n t e r e d   i s   z e r o .   L T R     L o a d   T a s k   R e g i s t e r     ( 2 8 6 +   p r i v i l e g e d )   L T R     s r c ;   L o a d s   t h e   c u r r n t   t a s k   r e g i s t e r     w i t h   t h e   v a l u e   s p e c i f i e d   i n   s r c .   L S L     L o a d   s e g m e n t     L i m i t   ( 2 8 6 +   p r o t e c t e d )   L S L   d e s t .   S r c :   L o a d s   t h e   s e g m e n t   l i m i t   o f   a   s e l e c t o r   i n t o   t h e   d e s t i n a t i o n   r e g i s t e r   i f   t h e   s e l e c t o r   i s   v a l i d   a n d   v i s i b l e   a t   t h e   c u r r e n t   p r i v i l e g e   l e v e l .   I f   l o a d i n g   i s   s u c c e s s f u l   t h e   Z e r o   F l a g   i s   s e t ,   o t h e r w i s e   i t   i s   c l e a r e d .   I N O T     o n e s   c o m p l e m e n t   n e g a t i o n   ( L o g i c a l   N O T )   N O T   d e s t ;   I n v e r t s   t h e   b i t s   o f   t h e     d e s t   o p e r a n d   f o r m a t t i n g   t h e   1   s   c o m p l e m e n t .   N E G     T w o s   c o m p l e m e n t   n e g a t i o n   N E G   d e s t ;   S u b t r a c t s   t h e   d e s t i n a t i o n   f r o m   0 a n d   s a v e s   t h e   2 s c o m p l e m e n t   o f   d e s t   b a c k   i n t o   d e s t .   P O P     P o p   W o r d   o f f   S t a c k   P O P   d e s t ;   T r a n s f e r s   w o r d   a t   t h e   c u r r e n t   s t a c k   t o p   ( S S : S P ) t o   t h e   d e s t i n a t i o n   t h e n   i n c r e m e n t s   S P   b y   t w o     p o i n t   t o   t h e   n e w   s t a c k   t o p .   C S   i s   n o t   a   v a l i d   d e s t i n a t i o n .   P U S H     P u s h   W o r d   o n t o   S t a c k   P U S H   s r c   P U S H   i m m e d   ( 8 0 1 8 8 + o n l y ) :   D e c r e m e n t s   S P   b y   t h e   s i z e   o f   t h e   o p e r a n d   ( t w o   o r   f o u r ,   b y t e   v a l u e s   a r e   s i g n   e x t e n d e d )   a n d   t r a n s f e r s   o n e   w o r d   f r o m   s o u r c e   t o   t h e   t o p   ( S S :   S P ) .   S E T S     S e t   i f   S i g n e d ( 3 6 8 + )   S E T S   d e s t ;   S e t s   t h e   b y t e   i n   t h e   o p e r a n d   t o 1   i f   t h e   S i g n   F l a g   i s   s e t ,   o t h e r w i s e   S e t s   t h e   o p e r a n d   t o   0 .   R O L       R o t a t e   L e f t   R O L   d e s t ,   c o u n t   ; R o t a t e s   t h e   b i t s   i n   t h e   d e s t i n a t i o n   t o   t h e   l e f t   c o u n t   t i m e s   w i t h   a l l   d a t a   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E S   I S S N :   2 0 8 9 - 4 8 6 4       F P G A   I m p l e m e n t a t i o n   o f   a   6 4 - B i t   R I S C   P r o c e s s o r   U s i n g   V H D L   ( I m r a n   M o h a m m a d )   6 1   p u s h e d   o u t   t h e   l e f t   s i d e   r e - e n t e r i n g   o n   t h e   r i g h t .   T h e   C a r r y   F l a g   w i l l   c o n t a i n   t h e   v a l u e   o f   t h e   l a s t   b i t   r o t a t e d   o u t .   R O R       R o t a t e   R i g h t     R O R   d e s t ,   c o u n t ;   R o t a t e s   t h e   b i t s   i n   t h e   d e s t i n a t i o n   t o   t h e   r i g h t   c o u n t   T i m e s   w i t h   a l l   d a t a   p u s h e d   o u t   t h e   r i g h t   s i d e   r e - e n t e r i n g   o n   t h e   l e f t .   T h e   C a r r y   F l a g   w i l l   c o n t a i n   t h e   v a l u e s   o f   t h e   l a s t   b i t   r o t a t d   o u t .   S A L   /   S H L       S h i f t   A r t h e m e t i c   L e f t   /   S h i f t   L o g i c a l     S A L   d e s t ,   c o u n t   S H L   d e s t ,   c o u n t ;   S h i f t s   t h e   d e s t i n a t i o n   l e f t   b y   c o u n t b i t s   w i t h   z e r o e s   S h i f t e d   i n   o n   r i g h t .   T h e   c a r r y   F l a g   c o n t a i n s   t h e   l a s t   b i t   s h i f t e d   o u t .   S A R     S h i f t   A r t h e m e t i c   R i g h t     S A R   d e s t ,   c o u n t ;   t h e   d e s t i n a t i o n   r i g h t   b y   c o u n t   b i t s   w i t h   t h e   c u r r e n t   s i g n   b i t s   r e p l i c a t e d   i n   t h e   l e f t m o s t   b i t .   T h e   c a r r y   F l a g   c o n t a i n s   t h e   l a s t   b i t   s h i f t e d   o u t .   S E T C       S e t   i f   C a r r y   ( 3 8 6 + )     S E T C     d e s t ;   S e t s   t h e   b y t e   i n   t h e   o p e r a n d   t o   1   i f   t h e   c a r r y   f l a g   i s   s e t ,   O t h e r w i s e   s e t s   t h e   o p e r a n d   t o   0 .   S E T O       S e t   i f   O v e r f l o w     S E T O   d e s t ;   S e t s   t h e   b y t e   i n   t h e   o p e r a n d   t o   1   i f   t h e   o v e r f l o w   f l a g   i s   s e t ,   O t h e r w i s e   s e t s   t h e   o p e r a n d   t o   0 .   S T C       S e t   C a r r y   S T C ;   S e t s   t h e   C a r r y   F l a g   t o   1 .   S T 1     S e t   I n t e r r u p t   F l a g   ( E n a b l e   I n t e r r u p t )     S T 1 ;   S e t s   t h e   I n t e r r u p t   F l a g   t o   1 ,   w h i c h   e n a b l e s   r e c o g n i t i o n   o f   a l l   h a r d w a r e ,   i n t e r r u p t s .   I f   a n   i n t e r r u p t   i s   g e n e r a t e d   b y   a   h a r d w a r e   d e v i c e ,   a n   E N D   o f   i n t e r r u p t   ( E O I )   m u s t   a l s o   b e   i s s u e d   t o   e n a b l e   o t h e r   h a r d w a r e   i n t e r r u p t s   o f   t h e   s a m e   o r   l o w e r   p r i o r i t y .   S U B     S u b t r a c t     S U B   d e s t , s r c ;   T h e   s o u r c e   i s   s u b t r a c t e d   f r o m   t h e   d e s t i n a t i o n   a n d   t h e   r e s u l t   i s   s t o r e d   i n   t h e   d e s t i n a t i o n .   V E R R     V e r i f y   R e a d   ( 2 8 6 + p r o t e c t e d )     V E R R   s r c ;   V e r i f i e s   t h e   s p e c i f i e d   s e g m e n t   s e l e c t o r   i s   v a l i d   a n d   i s   r e a d a b l e   a t   t h e   c u r r e n t   p r i v i l e g e   l e v e l .   I f   t h e   s e g m e n t   i s   r e a d a b l e ,   t h e   Z e r o   F l a g   i s   s e t ,   o t h e r w i s e   i t   i s   c l e a r e d .   C L C       C l e a r   C a r r y   C L C ;   C l e a r s   t h e   C a r r y   F l a g .   I X O R     E x c l u s i v e   O R   X O R   d e s t ,   s r c ;   P e r f o r m s   a   b i t w i s e   e x c l u s i v e   O R   o f   t h e   o p e r a n d s   a n d   r e t u r n s   t h e   r e s u l t s   i n   t h e   d e s t i n a t i o n .   I N A N D     L o g i c a l   N A N D   I n a n d   d e s t ,   s r c ;   P e r f o r m s   a   b i t w i s e   l o g i c a l   N A N D   o f   t h e   t w o   o p e r a n d s   r e p l a c i n g   t h e   d e s t i n a t i o n   w i t h   t h e   r e s u l t .   A D D I     A d d   I m m e d i a t e   A D D   d e s t ,   s r c ;   A d d s     s r c     t o   d e s t   a n d   r e p l a c i n g   t h e   o r i g i n a l   c o n t e n t s   o f   d e s t   B o t h   o p e r a n d s   a r e   b i n a r y .   I t   p e r f o r m s   i m m e d i a t e   a d d i t i o n   i . e . ,   t a k e s   h a l f   c l o c k   c y c l e   t h a n   i n   a d d   O p e r a t i o n .   H L T     H a l t   C P U   H L T ;   H a l t s   C P U   u n t i l   R E S E T   l i n e   i s   a c t i v a t e d ,   N M I   o r   m a s k a b l e   i n t e r r u p t   r e c e i v e d .   T h e   C P U   b e c o m e s   d o m a n t   b u t   r e t a i n s   t h e   C S :   I P   f o r   l a t e r   r e s t a r t .   S K I P N     S k i p   o n   N e g .   S k i p n ;   S k i p s o n e   c l o c k   c y c l e   w h e n   N E G   i n s t r u c t i o n   i s   e x e c u t e d .   V E R W     V e r i f y   W r i t e   ( 2 8 6 + p r o t e c t e d )   V E R W   S r c ;   V e r i f i e s   t h e   s p e c i f i e d   s e g m e n t s   s e l e c t o r   i s   v a l i d   a n d   i s   r a t a   b l e a t   t h e   c u r r e n t   p r i v i l e g e   l e v e l .   I f   t h e   s e g m e n t   i s   w r i t a b l e ,   t h e   Z e r o   F l a g   i s   s e t ,   o t h e r w i s e   i t   i s   c l e a r e d .   C L R     C l e a r   C l r ;   I t   c l e a r s   e v e r y   f l a g   u s e d   i n   p r o c e s s o r .   L D     L o a d s   D a t a   f r o m   A d r e s s   I d   d e s t ;   T r a n s f e r   d a t a   a t   t h e   c u r r e n t   a d d r e s s   t o   t h e   d e s t i n a t i o n   t h e n   i n c r e m e n t s   a d d r e s s   t o   t h e   p o i n t   o f   n e w   a d d r e s s .   S T     S t o r e s   D a t a   t o   A d r e s s   S t   s r c ;   T r a n f e r s   d a t a   f r o m   d e s t i n a t i o n   t o   t h e   g i v e n   a d d r e s s .   I S L L     S h i f t   L o g i c a l   L e f t   S A L   d e s t ,   c o u n t   S H L   d e s t ,   c o u n t ;   S h i f t s   t h e   d e s t i n a t i o n   l e f t   b y   c o u n t   b i t s   w i t h   z e r o e s   s h i f t e d   i n   o n   r i g h t .   T h e   C a r r y   F l a g   c o n t a i n s   t h e   l a s t   b i t   s h i f t e d   o u t .   J A L     J u m p   a n d   L i n k   d e s t ,   s r c ;   J u m p s   t h e   p o i n t e r   f r o m   s o u r c e   t o   d e s t i n a t i o n   .   M a i n l y   u s e d   i n   s e l e c t i o n   o f   t h e   d e s i r e d   r e g i s t e r   a t   t h e   m o m e n t .   B R       B r a n c h   B r   d e s t ;   R e s p o n s i b l e   f o r   d i s a b l i n g   t h e   w r i t e   e n a b l e   f o r   r e g i s t e r s .     T h e   a r c h i t e c t u r e   a n d   d a t a   p a t h   f o r   t h e   p r o p o s e d   d e s i g n   a r e   s h o w n   F i g .   1   a n d   2 ,   r e s p e c t i v e l y .   T a b l e   2   g i v e s   t h e   s a l i e n t   t e c h n i c a l   f e a t u r e s   o f   t h e   p r o p o s e d   p r o c e s s o r .   T a b l e   1   p r o v i d e s   d e t a i l e d   d e s c r i p t i o n   o f   e n t i r e   3 3   i n s t r u c t i o n   s e t .       T a b l e   2 :         S a l i e n t   T e c h n i c a l   F e a t u r e s   o f   R I S C   p r o c e s s o r   F e a t u r e s   o f     R I S C   p r o c e s s o r   A r c h i t e c t u r e   M I C A   I n s t r u c t i o n s   3 3 b i t   I n s t r u c t i o n   R e g i s t e r   3 2   b i t   A d d r e s s   C o u n t e r   3 2   b i t   D a t a   m e m o r y   6 4   b i t   D a t a   b u s   6 4   b i t   A d d r e s s     b u s   3 2   b i t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 9 - 4 8 6 4   I J R E S     V o l .   1 ,   N o .   2 ,     J u l y   2 0 1 2   :     5 9     6 6   6 2     F i g u r e   2 .   D a t a   p a t h s   o f   6 4     R I S C   P r o c e s s o r       3 .   S Y N T H E S I S   R E P O R T       F i g u r e   3 .   S y n t h e s i s   r e p o r t .         F i g u r e   4 .     R o u t i n g   O f   R I S C   P r o c e s s o r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E S   I S S N :   2 0 8 9 - 4 8 6 4       F P G A   I m p l e m e n t a t i o n   o f   a   6 4 - B i t   R I S C   P r o c e s s o r   U s i n g   V H D L   ( I m r a n   M o h a m m a d )   6 3     F i g u r e   5 .   F l o o r   P l a n n i n g   f o r   R I S C   P r o c e s s o r       4 .   S I M U L A T I O N   R E S U L T S         F i g u r e   6 .   S i m u l a t i o n   o f   t o p   m o d u l e   w i t h   c e n t r a l   p r o c e s s i n g   u n i t   i n p u t s         F i g u r e   7 .   S i m u l a t i o n   r e s u l t s   o f   g e n e r a l   p u r p o s e   r e g i s t e r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 9 - 4 8 6 4   I J R E S     V o l .   1 ,   N o .   2 ,     J u l y   2 0 1 2   :     5 9     6 6   6 4     F i g u r e   8 .     S i m u l a t i o n   r e s u l t s   f o r   t h e   A L U   o u t p u t s .           F i g u r e   9 .   S i m u l a t i o n   r e s u l t s   o f   3 3   i n s t r u c t i o n s   a n d   m e m o r y   m o d u l e       T h e   a b o v e   r e s u l t s   s h o w   t h e   s i m u l a t i o n   o f   6 4   b i t   R I S C   P r o c e s s o r .   I t   h a s   c l o c k   a n d   r e s e t   s i g n a l   a r e   t h e   i n p u t   f o r   t h e   t o p   m o d u l e   s h o w s   i n   6 .   I t   c o n s i s t s   o f   a   1 6   g e n e r a l   p u r p o s e   r e g i s t e r   o f   6 4   b i t   s i z e   w h i c h   i s   s h o w n   i n   7 .   A n d   t h e   o p e r a t i o n   o f   a r i t h m e t i c   l o g i c   u n i t   w i t h   p r o g r a m   c o u n t e r   i s   s h o w n   i n   8 .   T h e   i n s t r u c t i o n   s e t   h a v i n g   3 3   i n s t r u c t i o n s   a n d   t h e   m e m o r y   m o d u l e   s h o w n   i n   F i g u r e   9   a n d   t h e   t o t a l   p r o c e s s o r   r e s u l t   i s   o b t a i n e d   b y   c o m b i n i n g   a l l   t h e   r e s u l t s   w h i c h   i s   v e r i f i e d   u s i n g   X i l i n x   I S E   s i m u l a t o r       5 .   A P P L I C A T I O N S     T h e   p r o p o s e d   d e s i g n   c a n   f i n d   i t s   a p p l i c a t i o n s   i n   a u t o m a t i o n ,   h i g h   c o n f i g u r e d   r o b o t i c   w o r k - s t a t i o n s   s u c h   a s ,   p o r t a b l e   p o n g   g a m i n g   k i t s ,   s m a r t   p h o n e s ,   V e n d e r   M a c h i n e s ,   A T M s ,   b o t t l i n g   p l a n t ,   e t c .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E S   I S S N :   2 0 8 9 - 4 8 6 4       F P G A   I m p l e m e n t a t i o n   o f   a   6 4 - B i t   R I S C   P r o c e s s o r   U s i n g   V H D L   ( I m r a n   M o h a m m a d )   6 5 B o t t l e s   s t a r t   f i l l i n g   f r o m   t h e   r i g h t   s i d e   a n d   b o x e s   s t a r t   t o   m o v e   f r o m   t h e   l e f t   s i d e .   H e r e   f o u r   t r a c k s   o f   b o t t l e s   a r e   u s e d   s i m u l t a n e o u s l y   t h e r e f o r e   p a c k i n g   i s   m a d e   o f   f o u r   b o t t l e s .   W h e n   b o t t l e   r e a c h e s   t o   t h e   f o u r t h   p o s i t i o n ,   b o x   m o v e s   t o   t h e   f i r s t   p o s i t i o n .   A f t e r   t h a t ,   b o t t l e   i s   d r o p p e d   i n   t h e   b o x   a n d   h e n c e ,   b o x   m o v e s   o n e   p o s i t i o n   a h e a d .   I n   t h i s   w a y ,   w h e n   b o x   i s   a t   t h e   f i f t h   p o s i t i o n ,   s i g n a l   l b   i s   s e t   t o   1   i n d i c a t i n g   t o   l i f t   t h e   b o x .     5 . 1   F l o w   C h a r t   f o r   b o t t l i n g   P l a n t   a p p l i c a t i o n       F i g u r e   1 0 .   F l o w   c h a r t   f o r   b o t t l i n g   p l a n t     5 . 2   A l g o r i t h m   f o r   b o t t l i n g   P l a n t   a p p l i c a t i o n :       a = 1 ,   b = 7 ,   w e i g h t = 0           l o o p   a   t i l l   a   =   8             a   =   a + 1 ;       w a i t   f o r   1 5   s e c s     I f     ( a   =   4 )       t h e n             d r o p   b o t t l e   i n   b o x             a   =   a - 1 ;       E n d   I f ;       I f     ( a   =   5 )     t h e n             r e p o r t   e r r o r   i n   b o t t l e   m a c h i n e           E n d   I f ;     E n d   l o o p ;       l o o p   b   t i l l   b   =   5           b   =   b + 1 ;   w a i t   t i l l   w e i g h t   =   1 ;           I f     ( b   =   5 )     t h e n       g i v e n   s i g n a l   t o   l e f t   b o x ;     b   =   b - 1 ;             E n d   I f ;     I f     ( b   =   6 )     t h e n               r e p o r t   e r r o r   i n   p a c k i n g   m a c h i n e                 E n d   i f ;     E n d   l o o p ;       6 .   C O N C L U S I O N   T h e   6 4 - b i t   R I S C   P r o c e s s o r   w i t h   3 3   i n s t r u c t i o n s   s e t   a n d   M I C A   ( M i n i m a l   I n s t r u c t i o n   S e t   C o m p u t e r   A r c h i t e c t u r e )   a r c h i t e c t u r e   h a s   b e e n   d e s i g n e d   a n d   i t   c a n   b e   i m p l e m e n t e d   o n   F P G A .   T h e   d e s i g n   i s   v e r i f i e d   o n   X i l i n x   I S E   1 0 . 1 i   s i m u l a t o r   a n d   p r o g r a m m e d   b y   u s i n g   V H D L .   T h e   p r o g r a m m e d   c o d e   c a n   b e   i m p l e m e n t e d   o n   F P G A   S p a r t a n - 3 E   K i t .   A L U   i s   a n a l y z e d   a n d   a n   e x h a u s t i v e   s e t   o f   t e s t   p a t t e r n s   i s   d e v e l o p e d .   F u t u r e   w o r k   w i l l   b e   a d d e d   b y   i n c r e a s i n g   t h e   n u m b e r   o f   i n s t r u c t i o n s   a n d   m a k e   a   p i p e l i n e d   d e s i g n   w i t h   l e s s   c l o c k   c y c l e s   p e r   i n s t r u c t i o n   a n d   m o r e   i m p r o v e m e n t   c a n   b e   a d d e d   i n   t h e   f u t u r e   w o r k .       R E F E R E N C E S   [ 1 ]     S a m u e l   O .   A l e t a n , A n   O v e r v i e w   o f   RI S A r c h i t e c t u r e ,   P r o c .   S y m p o s i u m   o n   A p p l i e d   Co m p u t i n g ,   1 9 9 2 ,   p p . 1 1 - 1 2 .   [ 2 ]     D e s i g n   a n d   I m p l e m e n t a t i o n   o f   a   6 4 - b i t   RI S P r o c e s s o r   u s i n g   V H D L ,   2 0 0 9   I E E E .   [ 3 ]     D e s i g n   a n d   I m p l e m e n t a t i o n   o f   a   6 4 - b i t   RI S P r o c e s s o r   u s i n g   S y s t e m   O n   Ch i p   ( S O C) ,   2 0 1 1 ,   I J CS CN ,   3 6 0 - 3 7 0 .   [ 4 ]     D a l   P o z ,   M a r c o   A n t o n i o   S i m o n ,   Co b o ,   J o s e   E d i n s o n   A e d o ,   V a n   N o i j e ,   W i l h e l m u s   A d r i a n u s   M a r i a ,   Z u f f o ,   M a r c e l o   K n o r i c h ,   S i m p l e   Ri s c   m i c r o p r o c e s s o r   Co r e   d e s i g n e d   F o r   d i g i t a l   s e t   t o p   b o x   a p p l i c a t i o n s ,   P r o c e e d i n g s   o f   t h e   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   A p p l i c a t i o n   S p e c i f i c   S y s t e m s ,   A r c h i t e c t u r e s   A n d   P r o c e s s o r s ,   2 0 0 0 ,       p   3 5 4 4 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 9 - 4 8 6 4   I J R E S     V o l .   1 ,   N o .   2 ,     J u l y   2 0 1 2   :     5 9     6 6   6 6 [ 5 ]     Br u n e l l i   C l a u d i o ,   C i n e l l i   F e d e r i c o ,   Ro s s i   D a v i d e ,   N u r m i   J a r i ,   A   V H D L   m o d e l   A n d   i m p l e m e n t a t i o n   o f   a   c o a r s e   g r a i n   r e c o n f i g u r a b l e   c o p r o c e s s o r   f o r   a   RI S c o r e ,   2 n d   Co n f e r e n c e   o n   P h . D .   Re s e a r c h   i n   M i c r o e l e c t r o n i c s   a n d   E l e c t r o n i c s   P r o c e e d i n g s ,   P RI M E ,   2 0 0 6 ,   p   2 2 9 2 3 2 .   [ 6 ]     Ra i n e r   O h l e n d o r f ,   T h o m a s   W i l d ,   M i c h a e l   M e i t i n g e r ,   H o l m   Ra u c h f u s s ,   A n d r e a s   H e r k e r s d o r f ,   S i m u l a t e d   a n d   m e a s u r e d   p e r f o r m a n c e   e v a l u a t i o n   o f   RI S b a s e d   S o P l a t f o r m s   i n   n e t w o r k   p r o c e s s i n g   a p p l i c a t i o n s ,   J o u r n a l   o f   S y s t e m s   A r c h i t e c t u r e   5 3   ( 2 0 0 7 )   7 0 3 7 1 8 .   [ 7 ]     L u k e r ,   J a r r o d   D . ,   P r a s a d ,   V i n o d   B. ,   RI S s y s t e m   d e s i g n   i n   a n   F P G A ,   M W S C A S   2 0 0 1 ,   v 2 ,   2 0 0 1 ,   p 5 3 2 5 3 6 .   [ 8 ]     J i a n g ,   H o n g t u ,   F P G A   i m p l e m e n t a t i o n   o f   c o n t r o l l e r   d a t a   p a t h   p a i r   i n   c u s t o m   I m a g e   P r o c e s s o r   d e s i g n ,   I E E E   I n t e r n a t i o n a l   S y m p o s i u m   o n   Ci r c u i t s   a n d   S y s t e m s   P r o c e e d i n g s , 2 0 0 4 ,     p   V 1 4 1 V 1 4 4 .   [ 9 ]     L o u   D o n g j u n ,   Y u a n   J i n g k u n ,   L i   D a g u a n g ,   J a c o b s   Ch r i s ,   D a t a p a t h   v e r i f i c a t i o n   W i t h   S y s t e m r e f e r e n c e   m o d e l ,   A S I CO N   2 0 0 5 ,   6 t h   I n t e r n a t i o n a l   Co n f e r e n c e   o n   A S I C,   2 0 0 5 ,   P r o c e e d i n g s ,   v   2 ,   p   9 0 6 9 0 9 .   [ 1 0 ]     K .   V l a c h o s ,   T .   O r p h a n o u d a k i s ,   Y .   P a p a e f t a t h i o u ,   N .   N i k o l a o u ,   D .   P n e v m a t i k a t o s ,   G .   K o n s t a n t o u l a k i s ,   J . A .   S a n c h e z   P . ,   D e s i g n   a n d   p e r f o r m a n c e   e v a l u a t i o n   o f   a   P r o g r a m m a b l e   P a c k e t   P r o c e s s i n g   E n g i n e   ( P P E )   s u i t a b l e   f o r   h i g h   s p e e d   n e t w o r k   P r o c e s s o r s   u n i t s ,   M i c r o p r o c e s s o r s   a n d   M i c r o s y s t e m s   3 1 ,   2 0 0 7 ,   p   1 8 8 1 9 9 .   [ 1 1 ]     J o h n   L .   H e n n e s s y ,   a n d   D a v i d   A .   P a t t e r s o n ,   C o m p u t e r   A r c h i t e c t u r e   A   Q u a n t i t a t i v e   A p p r o a c h ,   4 t h   E d i t i o n ;   2 0 0 6 .   [ 1 2 ]     V i n c e n t   P .   H e u r i n g ,   a n d   H a r r y   F .   J o r d a n ,   Co m p u t e r   S y s t e m s   D e s i g n   a n d   A r c h i t e c t u r e ,   2 n d   E d i t i o n ,   2 0 0 3 .   [ 1 3 ]     W a y n e   W o l f ,   F P G A   B a s e d   S y s t e m   D e s i g n ,   P r e n t i c e   H a l l ,   2 0 0 5 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.