I n te r n ati o n al   Jo u r n al   o f  El e c tr i c a l   an d   C o m p u te r   En gi n e e r i n g   (I JEC E )   V o l .   10 ,   N o .   2 ,  A p r i l   2020 ,   p p.   1570 ~ 157 6   IS S N :   2088 - 8708 ,  D O I :   10. 1 1591 / i j e c e . v 10 i 2 . pp 1570 - 1576             1570       Jou r n al   h o m e pa ge :  ht t p: / / i j e c e . i ae s c or e . c om / i nd e x . php / IJ E CE   Ha r d w a r e   d e s c r i p t i o n   o f   a   si m p l i f i e d   4 - b i t   s o f t c o r e   p r o c e ss o r   w i t h   b c d   c a p a b i l i t i e s       F e r n an d o   M ar t í n e z   S an ta ,  Ed w ar   Ja c i n to ,  H o l m an   M o n ti e l     A R M O S   R e s e a r c h   G r o up,   T e c hno l o gy   F a c ul t y ,   U ni v e r s i d a d   D i s t r i t a l ,  C o l o m bi a         A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e d  A pr   8 ,   201 9   R e v i s e d  O c t   2 5 ,   2 01 9   A c c e pt e d  No v   6 ,   201 9       T he   o bj e c t i v e   o f   t he   w o r k  r e po r t e d   i n   t h i s   pa pe r   i s   t o   i m pr o v e   a   4 - b i t   s o f t c o r e   pr o c e s s o r   pr e v i o us l y   de s i g ne d  i n  V e r i l o g   l a ng ua g e ,   ke e p i ng   i t s   c om pa c t   s i z e .   T hi s   pr o c e s s o r   w a s   t ho ug ht   t o   be   us e d  a s   a c a d e m i c   a nd   di da c t i c   t o o l   f o r   t e a c hi ng   a s   c o m put e r s   a r c h i t e c t ur e   s u bj e c t   a s   d i g i t a l   c i r c ui t s   s ubj e c t   i n   t he   t e c hno l o gy   f a c ul t y   of   t he   U n i v e r s i d a d  D i s t r i t a l .   T he   n e w   f e a t u r e s   i nc l ud e   a r i t hm e t i c   i ns t r uc t i o n  w i t h  i n put   c a r r y ,   B C D   o pe r a t i o ns   e na bl i ng ,   r o t a t i ng   i ns t r uc t i o ns ,   i m pl e m e nt a t i o n  o f   i npu t   a n d  o ut pu t   r e g i s t e r   ba nks ,   i nc r e a s e   o f   t he   n um be r   o f   g e ne r a l   p ur po s e   r e g i s t e r s   o f   t he   da t a   m e m o r y ,   a nd   t he   r e duc t i o n  o f   t he   e xe c ut i o n  c l o c k  c y c l e s   pe r   i ns t r uc t i o n.   A ddi t i o na l l y ,   t he   a s s e m b l e r   s o f t w a r e   w a s   e n a b l e d   t o   s u ppo r t   m a c r o - i ns t r uc t i o n s   t o   m a k e   e a s y   t he   c o m pr e he ns i o n  o f   s o m e   c o m p o s e d  f unc t i o ns .   A s   r e s u l t ,   a   v e r y   c om pa c t   s o f t c o r e   pr o c e s s o r   w a s   o b t a i n e d ,   by   m e a ns   o f   a   V e r i l o g   de s c r i p t i o n  do ne   i n   a   s i ng l e   f i l e .   T h i s   i m p l e m e nt a t i o n  o c c upi e s   o nl y   t h e   2 %   o f   t he   m e di um - s i z e   F P G A   us e d  f o r   t he   a pp l i c a t i o n,   r e a c h i ng   a   m a xi m um   po s s i b l e   w o r ki ng   c l o c k  f r e que nc y   of   929  M hz .   Ke y w or d s :   D i da c t i c   p r o c e s s o r   FPGA   H a r dw a r e   de s c r i pt i o n   S of t c o r e   V e r i l o g   C opy r i gh t   ©   2020   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e d  E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e .    A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   F e rn a n do   M a r t í n e z   S a n t a ,     F a c ul t a d  T e c n o l ó gi c a ,   U n i v e r s i da d   D i s t r i t a l ,   Cl .   68d   B i s   A S u r  #49F   -   7 0,   B o g o t á ,   Co l o m b i a .   E m a i l :   f m a r t i n e z s @ udi s t ri t a l . e du. c o       1.   I N TR O D U C TI O N     T h e   di g i t a l   c i r c ui t s   a n d   p r o c e s s o r   t h e o r y   l e a rni n g   a r e   o ne   of   t h e   m o s t   i m po rt a nt   s ub j e c t s   fo r   t h e   e l e c t r i c   a n d  e l e c t r o n i c   e n g i n e e ri n g  s t ude n t s ,   b ut   a l s o   t h e y   a r e   t h e   o n e s   t h a t   p r e s e n t s   m o r e   a m o u n t   o f  s t ude nt s   w h o   d o   n o t   a ppr o v e ,   t h a t   i s   w h y   a   l o t   of  di ff e r e n t   di da c t i c   s t ra t e gi e s   h a v e   b e e n   de v e l o pe d  [1],   m a i n l y   i n   t h e   pra c t i c a l   a r e a .   D ue   t o   t h e   i n v e nt i o n   o f   h a r dw a r e   de s c r i p t i o n   l a n gu a ge s   l i ke   V H D L   a n d  V e r i l o g  a nd  pr o g r a m m a b l e   l o gi c   de v i c e s   l i ke   CP L D s ,   F P G A s   a n d  S O Cs ,   s i n c e   a   pa i r   o f   d e c a de s   t h e   l e a rn i ng  fo c us e d  o n   t h e   de s i g n   h a s   b e e n   hi g h l y   f a c i l i t a t e d  [ 2].   D i f f e r e n t   p r o c e s s o r   de s i gn s   ha v e   b e e n   de v e l o pe d  m a i nl y   w i t h   a c a de m i c   pu r po s e s ,   f o r   t e a c h i n g  di g i t a l   c i r c ui t s   [3 - 6] ,   c o m put e r   a r c hi t e c t u r e   [7 - 10]  a n d  e m b e dde d   s y s t e m s   [11 - 14].   M o s t   o f   t h e s e   de s i gn s   ha s   b e e n   de s c ri b e d  us i n g   V H D L   l a n gu a ge   [15 - 1 7],   V e ri l o g   l a n gu a ge   [6 ,   1 8],   o r   e v e n   b o t h .   T h o s e   de s i g n s   c a n   b e   c l a s s i f i e d  t a ke n   i n t o   a c c o un t   t h e   n u m b e r   o f   b i t s   of   t h e i r  m a i n   da t a   b us ,   b a s i c a l l y   t h e r e   a r e   16 - b i t   pr o c e s s o r s   [8,   9,   13] ,   8 - b i t   p r o c e s s o r s   [17,   19,   2 0]  a n d  4 - b i t   pr o c e s s o r   [18] .   T h e s e   r e f e r e n c e d  i m p l e m e n t a t i o n s   a r e   a s   di v e r s e   a s     t h e   u ni v e r s i t i e s   a n d   i n s t i t u t e s   w h e r e   w e r e   de s i gn e d,   s o m e   ha v e   V o n   N e um a nn  a r c hi t e c t u r e ,   s o m e   o t h e r   H a r v a r d  a r c h i t e c t u r e ,   s o m e   a r e   c o n s i de r  R IS C,   s o m e   o t h e r  CIS C ,   e t c .   In  t h e   U ni v e r s i d a d  D i s t r i t a l   f r o m   B o g o t á ,   Co l o m b i a ,   s pe c i f i c a l l y   a t   t e c hn o l o g y   f a c ul t y ,   s o m e   di ffe r e nt   de s i g n s   a b o ut   t hi s   t o pi c   ha v e   be e n   de ve l o p e d.   T h e   f i r s t   a pp r o a c h,   w a s   a   v e r y   s i m pl e   4 - b i t   pr o c e s s o r   [18]  de s c r i b e d  i n   V H D L   a n d  V e r i l o g  l a n gua ge s ,   w h i c h   w a s   bo r n   f r o m   t h e   n e e d  of  c r e a t i n g  a   f i n a l   pr o j e c t   o f   t h e   D i gi t a l   C i r c ui t s   c o ur s e   f o r   e l e c t r i c a l   e n gi n e e ri n g  s t u de nt s .   A t   t ha t   t i m e ,   t h e   e l e c t r o ni c s   l a b o r a t o r y   ( b e l o n gs   t o   e l e c t r i c   e n gi n e e r i n g)   j us t   h a d   s m a l l   X i l i nx®  CP L D s ,   t h a t   w a s   t h e   r e a s o n   b e c a us e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m p  E n g     IS S N :   2088 - 8708       H ar d w ar e   de s c r i pt i on  of   a  s i m pl i f i e d   4 - b i t   s of t c or e   pr o c e s s o r   w i t h  …   ( F e r nando  M ar t í n e z   S ant a )   1571   a   h i g hl y   r e duc e d  de s i gn   w a s   de v e l o p e d.   A f t e r   t ha t ,   a l o n g   w i t h   t h e   A R M O S   r e s e a r c h   g r o up ,   o t h e r   t w o   de s i gn s   w e r e   do n e ,   b o t h   w e r e   8 - b i t   s o f t c o r e   pr o c e s s o r s .   T h e   f i rs t   o n e   w a s   i n s p i r e d  o n  a   M i c r o c h i p’s   P IC®   m i c r o c o n t r o l l e r   [20] ,   w h i c h   ha s   a s   m a i n   o b j e c t i ve ,   t o   t a ke   a d v a n t a ge   of   t h e   a dv a n t a ge   of   t h e   c o m pi l a t i o n   a n d   de b uggi n g  t o o l s   e xi s t i n g  f o r   t h o s e   m i c r o c o n t r o l l e r s .   T h e   s e c o n d  o n e ,   w a s   a   t o t a l l y   n e w   d e s i gn   [19]  t ha t   us e d  a   pa i r   o f   t w i n s   a c c um ul a t o r s   a n d  s o m e   o t h e r   n o n - e xp l o r e d  f e a t ur e s   i n s p i r e d  i n   pa r t   by   P i c oB l a z e   m i c r o pr o c e s s o r   a nd  i t s   m u l t i pl e   a ppl i c a t i o n  [21 - 2 5].     T h e   m a i n   go a l   o f   t h e   f i r s t   4 - b i t   p r o c e s s o r   de s i gn e d  [1 8]  i s   t o   off e r   t o   t h e   s t ude n t s   a n o t h e r   p ra c t i c a l   t o o l   t o   s t r e n gt h e n   t h e   k n o w l e dge   a c qui r e d  i n   t h e   c l a s s r o o m .   F o r   t h e   s t ude n t s   o f  t h e   di gi t a l   c i r c ui t s   s ub j e c t ,   t h e   pr o c e s s o r   i s   foc us e d  a s   f i n a l   p r o j e c t   of   t h e   c o ur s e ,   w h e r e   t h e   pr o f e s s o r   gi v e s   t h e   b l o c k  di a gra m   a nd   t h e   de s c r i p t i o n  o f   s o m e   of   t h e   f u n c t i o n a l   b l o c ks   pr e f o r m e d  i n   V e r i l o g  l a n g u a ge ,   a n d   t h e y   h a v e   t o   de s c r i b e   t h e   r e s t   o f   t h e   b l o c k s   a n d  i n t e g ra t e   a l l   o f   t h e m   i n   o r de r   t o   do   t h e   de s i g n   t o t a l l y   f un c t i o na l ,   i m pl e m e nt i n g   a   s i m p l e   a ppl i c a t i o n .   O n   t h e   o t h e r   h a nd,   f o r   t h e   s t ude nt s   of   t h e   c o m put e r s   a r c hi t e c t u r e   s ub j e c t ,   t h e   4 - b i t   pr o c e s s o r   i s   foc us e d  a s   t h e   t o o l   t o   l e a rn   i n   a   gl o b a l   w a y ,   h o w   a   c o m put e r   w o r ks ,   s o  i t   i s   us e d  o n l y   i n   t h e   f i r s t   pa r t   o f   t h e   c o ur s e .   In   o r de r   t o   ke e p  t h e   l e a rni n g  p r o c e s s   of   t h e   s t ude n t s   a t   t h e   c o ur s e s   of   di gi t a l   c i r c ui t s   a n d   c o m put e r s   a r c h i t e c t ur e   (a t   U n i v e r s i d a d  D i s t ri t a l ,   B o go t á ,   Co l o m b i a ),   a s   s i m p l e   a s   po s s i b l e ,   t h e   f i r s t   4 - b i t   pr o c e s s o r   de s i g n e d  ha s   b e e n   p r e f e rr e d  i n s t e a d  o f   t h e   t w o   8 - b i t   p r o c e s s o r   a f t e r  de s i g n e d.   T h e n,   s i n c e   t h a t   t i m e ,   s o m e   c h a n ge s   a n d  i m p r o v e m e n t s   h a v e   b e e n   de v e l o p e d  t o   t he   o r i gi na l   de s c ri pt i o n,   b ut   a l w a y s   t r y i n g  t o   ke e p   i t s   s i m pl e n e s s .   T h i s   p a pe r   s h o w s   t h e   c ha n ge s   a nd  i m p r o v e m e n t s   i m p l e m e n t e d  a n d  t h e   r e s pe c t i v e   c o m pa ri s o n   b e t w e e n   t h e   o r i g i n a l   p r o c e s s o r   a n d   i t s   s e c o n d  v e r s i o n.       2.   R ES EA R C H   M ET H O D   T h e   p r e v i o us   pr o c e s s o r   de s i g n   ha d  o n l y   14  i n s t ruc t i o n s   [1 8],   i n c l ud i n g  a r i t hm e t i c ,   l o gi c ,   r e g i s t e r  t r a n s f e r   a nd  b ra n c h   o n e s .   I n s t e a d  o f   be i n g  t o t a l l y   f un c t i o na l ,   a f t e r   a ppl y   i t   i n  s e v e r a l   t h e rm s ,   w e   r e a l i z e d  t h a t   pr o c e s s o r   l a c ks   s o m e   b a s i c   f un c t i o n a l i t i e s   s uc h  a s :   c a rr y   a r i t hm e t i c   i n s t r uc t i o n s ,   a n   e a s y   t o   un de r s t a n d  j um p  o r   b r a n c h   i n s t r uc t i o n s ,   de c i m a l   a dj us t   f o r   B CD   o p e r a t i o n s ,   ro l l i n g  o r   s hi f t i n g    o pe r a t i o n s   a n d  f i na l l y   a   b e t t e r   w a y   t o   ge t   i n  a n d   ge t   o ut   da t a   t o   t h e   o ut s i de .   I n   t h i s   a rt i c l e ,   t h e   i m p r o v e m e n t s   i m p l e m e n t e d  o n  t h o s e   f e a t ur e s   a r e   s h o w n ,   f i r s t   t h e   de t e c t i o n   o f   t h o s e   w e a k  po i n t s   a nd  a f t e r   t h e   p r o po s e d  i m pr o v e m e n t s   a n d  t h e i r  i m p l e m e nt a t i o n s .   A l l   o f   t h e   p r o po s e d  c h a n ge s   w e r e   t h o ug h t   t o   a v o i d  i n c r e a s e   t h e   a m o unt   o f   t h e   p r o gra m   a nd  da t a   m e m o ri e s .     2. 1 .   I n s tr u c ti o n s   w i th ou t  d i r e c t - c a r r y   fu n c ti o n al i ty   T h e   o r i gi na l   de s i g n   ha s   o n l y   2  a r i t h m e t i c   i n s t r uc t i o n s :   A D D   a nd  S U B ,   bo t h   w i t h o ut   i nput   c a rr y ,   w h i c h   m a ke   di f f i c ul t   t o   c h a i n   o pe r a t i o n s   f o r   i n s t a n c e   t o   do   8 - b i t   a ddi t i o n s .   A n   e xa m p l e   of   a n   8 - b i t   a dd i t i o n   us i n g  t h e   o r i g i n a l   p r o c e s s o r ,   i s   s h o w n   a s   fo l l ow s ,   w h e r e   R 1: R 0  c o m pos e   t h e   f i r s t   8 - b i t   o pe r a nd,   R 3: R 2   t h e   s e c o n d  o n e ,   a n d   R 5: R 4  t h e   de s t i n y .       LOAD   R3   ;additio n of  the mo st           ADD   R1   ;signifi cant  nibble s           STORE   R5                 LOAD   R0   ;additio n of  the le ast           ADD   R2   ;signifi cant  nibble s           STORE   R4             JFIC   2   ;carry t est           GODW   4             LOADK   1   ;increme nt th e most           ADD   R5   ;signifi cant  nibble  of            STORE   R5   ;the des tiny,  if ca rry             NOP       A s   s h o w n   i n   t h e   p r e v i o us   a s s e m b l y   c o d e ,   a n   8 - b i t   a dd i t i o n  c a n   b e   pe r f o r m e d   w i t h   a t   l e a s t   11   i n s t ruc t i o n s .   If   a n   a ddi t i o n   w i t h  c a rr y   o pe r a t i o n  e xi s t e d ,   t h e   s a m e   o pe r a t i o n  w o ul d  b e   pe r f o r m e d  s i n c e   6  o r   7   i n s t r uc t i o n s .     2. 2 .   I n p u t  an   o u tp u t  o p e r ati o n s   T h e   e xi s t i n g  de s i g n   ha s   n o t   di r e c t   i n put   o r   o ut pu t   r e gi s t e r s ,   i n s t e a d  o f   t h a t   i t   ha s   4  i nput   a n d   4  o ut pu t   r e gi s t e r s   m a ppe d  di r e c t l y   i n t o   t h e   da t a   m e m o r y   i n   f i xe d  po s i t i o n.   T hi s   ha s   t h e   a dv a nt a ge   e a c h   i n s t r uc t i o n   c a n  a f fe c t   di r e c t l y   t h e   po r t s ,   b ut   a t   t h e   s a m e   t i m e   m a k e   di f f i c ul t   de   de s c r i p t i o n   o f   t h e   da t a   m e m o r y   a s   a   s t a n d a r d   R A M .   T hi s   m a ke s   t h e   c o m pr e h e n s i o n   t o o   h a r d  s pe c i a l l y   t o   t h e   s t ude n t s   o f   t h e   di gi t a l   c i r c ui t s   s ub j e c t .     If   s e pa ra t e d  I/ O   b a n ks   e xi s t e d,   t h e   m a na ge   o f  i n pu t s   a n d  o ut put s   w o ul d  b e   e a s i e r   a n d  a l l   t h e   16  m e m o r y   po s i t i o n s   o f   t h e   R A M   c o ul d  b e   us e d  a s   ge n e ra l   pu r po s e   r e gi s t e r s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m p  E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   2 ,  A p ri l   2020   :     1 5 7 0   -   1 5 7 6   1572   2. 3 .   R o tati n g  o r   s h i ft i n g  o p e r at i o n s   T h e r e   a r e   n o   r o l l i n g   o r   s hi f t i n g  i n s t r uc t i o n   i n   t h e   o r i gi na l   de s i g n   o f   t h e   4 - b i t   p r o c e s s o r .   T ha t   ki nd  o f  i n s t r uc t i o n s   a r e   v e r y   i m po r t a n t   f o r   m a na ge   o f   i n de pe n de n t   b i t s   o f   a   r e gi s t e r   o r   i n  c o m m u n i c a t i o n  a ppl i c a t i o n s .     2. 4 .   B C D   o p e r ati o n s   fu n c ti o n al i ty   B e i n g  t h e   de s i gn   a   4 - b i t   pr o c e s s o r ,   i t   hi g h l i g ht s   fo r   i t s   l a c k  of  B CD   o pe r a t i o n s .   M o s t   of   t h e   f un c t i o na l   4 - b i t   p r o c e s s o r s   a r e   f oc us e d  o n   pe r f o r m i n g  B CD   o pe r a t i o n s ,   b e c a us e   i t s   n um b e r   o f   b i t s   m a ke   e a s i e r   t o   do   t hi s   ki nd  o f   pr o c e s s i n g,   l i ke   t h e   p r o c e s s o r s   us e d  i n   o l d  c a l c u l a t o r s .   It   i s   v e r y   i m po r t a nt   t o   gi v e   t o  t h e   de s i g n  s o m e   B CD   o pt i o n s   i n  o rde r  t o   i n c r e a s e   i t s   f u n c t i o na l i t y .     2. 5 .   M o r e   u n d e r s tan d ab l e   ju m p   i n s tr u c ti o n s   J um p  o r   b r a n c h   i n s t ruc t i o n   i n   t h e   o r i gi na l   de s i g n   p r o duc e d  s o m e   c o n f us i n g  t o   t h e   s t ude nt s ,   b e c a us e   t h e r e   a r e   t o   di ffe r e nt   i n s t r uc t i o n   t o   j um p.   G O U P   “ g o   up”   a nd  G O D W   “ go  d ow n ” ,   de pe n di ng  o n   t h e   di r e c t i o n   of   t h e   j um p .   If   t h e r e   w a s   o nl y   o n e   b r a n c h   i n s t r uc t i o n,   t h e   w r i t t e n   c o de   w o ul d  b e   c l e a r .       3.   R ES U LTS   A N D   A N A L Y S I S   T h e   n e w   pr o po s e d  pr o c e s s o r   de s i gn   i s   a n   a c c um ul a t o r   m a c hi n e   w i t h   a   H a r v a r d - R IS C  a r c h i t e c t ur e .   T h i s   i s   a   n o n - p i pe l i ni n g  p r o c e s s o r   a n d  i t   ha s   n o t   i n t e rr u p t i o n s .   T h e   p r o c e s s o r   c o n s i s t s   of :   a   R A M   da t a   m e m o r y   of   16x4  b i t s ,   a   R O M   pr o gr a m   m e m o r y   of   256x8  b i t s ,   a n   8 - b i t   i n s t ruc t i o n   r e g i s t e r   IR ,   a n   8 - b i t   pr o g r a m   c o un t e r   P C,   a   4 - b i t   a c c um u l a t o r   A CC ,   1 - b i t   f l a gs   o f  z e r o   Z ,   c a rr y   C  a n d  d i gi t   c a rr y   D C,   t w o   4 - b i t   4 - i n put   s e l e c t o r s ,   a   4 - b i t   A L U   a n d  f i n a l l y   a   b a n k   o f   4  i nput   r e gi s t e r s   a n d   a n o t h e r   o f   4  i n put   r e gi s t e r s ,   a s   s h o w n   i n   t h e   b l o c k  di a g r a m   o f   F i gur e   1 .   T h e   m a i n  c h a nge s   l o o ki n g   a t   t h e   b l o c k  di a g ra m   i s   t h e   i n c l us i o n   o f   t h e   d i gi t   c a rr y   D C  f l a g  a n d   t h e   i nput   a nd  o ut pu t   r e gi s t e r  b a nks .   T h e   di gi t   c a rr y   f l a g  w a s   i m p l e m e n t e d  t o   e n a b l e   B CD   o pe r a t i o n s ,   d ue   t o   t h i s   o n e   i s   a c t i v a t e d  o nl y   w h e n   t h e   r e s ul t   o f   t h e   A CC  a f t e r   a n y   a r i t hm e t i c   i n s t ruc t i o n  i s   gra t e r   t ha n   10.   O n   t h e   o t h e r   ha n d ,   t h e   i n pu t   a n d  o ut put   po r t s   w e r e   i m pl e m e nt e d  t o   s e pa r a t e   t h e m   f r o m   t h e   da t a   m e m o r y .           F i gu r e   1 .   B l o c k  di a g r a m   o f   t h e   de s i g n e d  s o f t c o r e   pr o c e s s o r       3. 1 .   I n s tr u c ti o n   s e t   T h e   pr o po s e d  d e s i gn   h a s   a   t o t a l   o f   20  i n s t ruc t i o n s :   3  a r i t hm e t i c ,   4  l o gi c ,   2  r o t a t i o n ,   3  o f   f l a gs   m a na ge m e n t ,   5  r e gi s t e r   t r a n s f e rri n g,   1  b ra n c h  a n d  2  t e s t i n g  i n s t r uc t i o n s ,   i n c r e a s i n g  i n  6  t h e   p r e v i o us   i n s t r uc t i o n   s e t .   T h e   T a b l e   1   s h o w s   e a c h   i n s t r uc t i o n  a nd  i t s   de s c r i pt i o n.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m p  E n g     IS S N :   2088 - 8708       H ar d w ar e   de s c r i pt i on  of   a  s i m pl i f i e d   4 - b i t   s of t c or e   pr o c e s s o r   w i t h  …   ( F e r nando  M ar t í n e z   S ant a )   1573   Ta b l e   1 .   I n s t r uc t i o n   s e t   s u m m a r y   In s t ru c t i o n   D e s c ri p t i o n   A D D D C   a d d i t i o n   w i t h   c a rr y   o r  d i g i t   c a rr y   S U BD C   s u b t ra c t i o n   w i t h   c a rry   o r  d i g i t   c a rr y   A N D   a n d   o p e ra t i o n   OR   o r  o p e ra t i o n   X O R   e x c l u s i v e   o r  o p e ra t i o n   NOT   n o t   o p e ra t i o n   t o   t h e   a c c u m u l a t o r   DA   d e c i m a l   a d j u s t   t o   t h e   a c c u m u l a t o r   RO L   ro t a t e   l e ft   t h e   a c c u m u l a t o r   RO R   ro t a t e   r i g h t   t h e   a c c u m u l a t o r   S E T C   s e t   c a rr y   f l a g   CL RC   c l e a r  c a rr y   a n d   d i g i t   c a rry   f l a g s   CL RD C   c l e a r  d i g i t   c a rr y   fl a g   o n l y   IN     l o a d   t h e   a c c u m u l a t o r   w i t h   a n   i n p u t   p o r t   L O A D   l o a d   t h e   a c c u m u l a t o r   w i t h   a   m e m o r y   p o s i t i o n   L O A D K   l o a d   t h e   a c c u m u l a t o r   w i t h   a   c o n s t a n t   J U M P   re l a t i v e   j u m p   J F ID C   j u m p   fo r w a rd   i f   c a rr y   o r  d i g i t   c a rr y     J F IZ     j u m p   fo r w a rd   i f   z e r o   S T O RE   s t o r e   a c c u m u l a t o r  i n   a   m e m o r y   p o s i t i o n   O U T   l o a d   a n   o u t p u t   p o r t   w i t h   t h e   a c c u m u l a t o r       T h e   m a i n  c ha n ge s   o n   t h e   i n s t ruc t i o n  s e t   w e r e :   t h e   i n s t r uc t i o n   o f   n o t   o p e r a t i o n   N O P   w a s   de l e t e d,   t h e   a r i t h m e t i c   i n s t r uc t i o n s   A D D   a n d  S U B   w e r e   c h a n ge d   t o   s uppo r t   i n pu t   c a rr y ,   a   de c i m a l   a dj us t   D A   i n s t r uc t i o n   w a s   c r a t e d  t o   m a ke   e a s y   B CD   o pe r a t i o n s ,   r o t a t e   l e f t   a n d  ri g h t   i n s t r uc t i o n s   R O L   a n d  R O R   w e r e   c r e a t e d,   f l a g  m a na ge m e n t   i n s t r uc t i o n s   S E T C,   CL R C  a n d  CL R D C  w e r e   c r e a t e d,   I/ O   i n s t ruc t i o n s   IN   a nd  O U T   w e r e   c r e a t e d,   b r a n c h   i n s t r uc t i o n s   G O U P   a n d  G O D W   w e r e   r e pl a c e d  by   J U M P ,   a n d  f i na l l y   t h e   t e s t   i n s t ruc t i o n  J F IC  w e r e   r e pl a c e d  by   J F ID C  w h i c h   a l s o   t e s t   t h e   di g i t   c a rr y .   A l l   t h e   i n s t ruc t i o n s   o f   t h e   p r o c e s s o r   ha v e   o n l y   1  o f   t h e   2   a v a i l a b l e   a dd r e s s i n g   m o de s ,   d i r e c t   a dd r e s s i n g  o r   i nh e r e nt   a dd r e s s i n g .     3. 2 .   I n s tr u c ti o n   c o d i fi c ati o n   T h e   m a i n   i de a   w a s   t o   i n c r e a s e   t h e   n um b e r   o f   i n s t r uc t i o n s   a nd  t hus   i t s   f un c t i o na l i t y ,   b ut   a t   t h e   s a m e   t i m e   ke e p  i t s   r e duc e d  s pa c e   o c c upi e d  a n d  i t s   s i m pl i c i t y .   In   o r de r   t o   n o t   i n c r e a s e   t h e   s i z e   a n d  n um b e r   o f   b i t s   of  t h e   pr o gra m   m e m o r y ,   t h e   pr e v i o us   c o di f i c a t i o n   s c h e m e   [18]  of   4 - b i t   i n s t r uc t i o n   a n d  4 - b i t   o pe r a n d  w a s   r e f o r m ul a t e d,   do i ng  t ha t   t h e   o pc o d e   h a s   a   v a ri a b l e   n um b e r   o f  b i t s .   I n   t h e   n e w   c o di f i c a t i o n   s c h e m e   t h e   o pc o de   c a n   v a r i a t e   f r o m   2  t o   t h e   c o m pl e t e   8  b i t s   of   t h e   i n s t ruc t i o n,   t h e   J U M P   i n s t ruc t i o n   i s   c o di f i e d  o n l y   w i t h   2  b i t s ,   th e   I/ O   i n s t r uc t i o n s   a r e   c o di f i e d  w i t h   6  b i t s ,   N O T ,   D A ,   t he   r o t a t i ng  i n s t r uc t i o n s   a n d  t h e   f l a g  m a na ge m e n t   i n s t r uc t i o n s   a r e   c o di f i e d  w i t h   8  b i t s ,   a n d  t h e   r e s t   of   i n s t r uc t i o n   a r e   c o di f i e d  us i n g  4  b i t s ,   a s   s h o w n   i n   T a b l e   2.   T h e   i n s t r uc t i o n s   a r e   c l a s s i f i e d  i n   t w o   gr o ups ,   t h e   o n e s   t ha t   upda t e   t h e   a c c um ul a t o r  a n d   t h e   o n e s   t ha t   do   n o t ,   t h o s e   gr o ups   a r e   di f f e r e n t i a t e d  by   m e a n s   o f   t h e   f i r s t   b i t   (T a b l e   2).       T a b l e   2 .   I n s t r uc t i o n   c o di f i c a t i o n  i n  8   b i t s   In s t ru c t i o n   O p c o d e   O p e ra n d   A D D D C        A d d r e s s   0     0     0     0   A 3   A 2   A 1   A 0   S U BD C          A d d r e s s   0     0     0     1   A 3   A 2   A 1   A 0   A N D                   A d d r e s s   0     0     1     0   A 3   A 2   A 1   A 0   O R                        A d d r e s s   0     0     1     1       A 3   A 2   A 1   A 0   X O R                   A d d r e s s   0     1     0     0       A 3   A 2   A 1   A 0   NOT   0     1     0     1     0     0     0     0     DA   0     1     0     1     0     0     0     1     RO L   0     1     0     1     0     0     1     0     RO R   0     1     0     1     0     0     1     1     S E T C   0     1     0     1     0     1     0     0     CL RC   0     1     0     1     0     1     0     1     CL RD C   0     1     0     1     0     1     1     0     IN                             P o r t   0     1     0     1     1     1      P 1   P 0   L O A D                 A d d r e s s   0     1     1     0   A 3   A 2   A 1   A 0   L O A D K         Co n s t a n t   0     1     1     1   K 3   K 2   K 1   K 0   J U M P                 S i g n e d   1     0             S 5   S 4   S 3   S 2   S 1   S 0   J F ID C            U n s i g n e d   1     1     0     0   U 3   U 2   U 1   U 0   J F IZ                   U n s i g n e d   1     1     0     1   U 3   U 2   U 1   U 0   S T O RE           A d d r e s s   1     1     1     0   A 3   A 2   A 1   A 0   O U T                     P o r t   1     1     1     1     x     x      P 1   P 0     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m p  E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   2 ,  A p ri l   2020   :     1 5 7 0   -   1 5 7 6   1574   It   w a s   t a ke n   a dv a n t a ge   o f   t h a t   7  o f   t h e   20  i n s t r uc t i o n s   us e   i nh e r e n t   a dd r e s s i n g ,   t hi s   m e a n s   t h o s e   i n s t r uc t i o n   do   n o t   n e e d  a n y   o pe r a n d,   t h e n   t h e y   c a n   us e   a l l   t h e   8  b i t s   o f   t h e   i n s t ruc t i o n.   T h e   b i na r y   c o d e   “ 01010111”   w a s   n o t   us e d,   s o   i t   i s   po s s i b l e   t o   i m pl e m e n t   f o r   i n s t a n c e   t h e   N O P   i n s t r uc t i o n   us i ng  t hi s   c o de .   O n   t h e   o t h e r  h a nd,   t h e   o ut   r e a l l y   o n l y   n e e d  4  b i t s   f o r   t h e   c o di f i c a t i o n,   t h i s   m e a n s   t h a n  t h e   o t h e r  4  b i t s   c a n  b e   us e d  a s   po r t   a dd r e s s ,   i n c r e a s i ng  t h e m   f r o m   4   t o   a   t o t a l   o f   16  o ut put   r e gi s t e r s .     3. 3 .   I n s tr u c ti o n s   w i th   i n p u t  c ar r y   In   o rde r   t o   gi v e   t o   t h e   A D D   a nd  SU B   i n s t r uc t i o n s   t h e   po s s i b i l i t y   t o   w o r k  w i t h   i n pu t   c a rr y ,   t h e   i n s t r uc t i o n s   A D D D C   a nd  SU B D C  w e r e   c r e a t e d.   D ue   t o   t h e   l i m i t e d  n u m b e r   o f  c o di f i c a t i o n   b i t s   (o n l y   8),   i t   w a s   n o t   po s s i b l e   t o   i n c l ude   t h e   r e s pe c t i v e   i n s t r uc t i o n s   w i t h o ut   i n pu t   c a rr y .   A n   e xa m pl e   o f   a n   a ddi t i o n   o f  t w o   8 - b i t   n u m b e r s ,   i s   s h o w n   a s   f o l l ow s .     LOAD   R0   ;additio n of  the le ast           CLRC     ;signifi cant  nibble s           ADDDC   R2               STORE   R4                   LOAD   R1   ;additio n of  the mo st           ADDDC   R3   ;signifi cant  nibble s           STORE   R5     A   r e duc t i o n   f r o m   11  i n s t ruc t i o n s   t o   o n l y   7  w a s   o b t a i n e d,   i n   c o m pa ra t i o n   w i t h   t h e   o r i g i n a l   de s i g n.   T hi s   s a m e   a r c hi t e c t u r e   c a n   e a s i l y   pe r f o r m   B CD   a ddi t i o n   o nl y   a ddi n g  t h e   DA   i n s t r uc t i o n .   A n   e xa m pl e   o f   a n  a d di t i o n  o f   2  B CD   n u m b e r s   o f   2  di g i t s   e a c h  o n e   ( ri g ht ),   i s   s h o w n   a s   f o l l ow s :     LOAD   R0   ;additio n of  the le ast           CLRC     ;signifi cant  BCD di gits           ADDDC   R2   ;with de cimal  adjus t           DA             STORE   R4                   LOAD   R1   ;additio n of  the mo st           ADDDC   R3   ;signifi cant  BCD di gits               STORE   R5     3. 4 .   C o n tr o l   u n i t   F o r   t h e   c o n t r o l   u n i t ,   a   F S M   (F i ni t e   S t a t e   M a c h i n e )  w a s   i m pl e m e nt e d  f o l l ow i n g  t h e   n o n - p i pe l i ni n g   F e t c h - D e c o de - E x e c u t e   s c h e m e .   T h e   s t a t e   di a g ra m   i s   s h o w n   i n  F i gu r e   2.   T h e   W ai t   s t a t e   p r e s e n t e d  i n   t h e   pr e v i o us   de s i gn   o f   t h e   s t a t e   m a c h i n e   [18]  w a s   us e d  t o   i n c r e m e n t   de   P C  r e gi s t e r   b e fo r e   t h e   n e xt   Se ar c h   s t a t e .   F o r   t hi s   de s i gn,   t h i s   s t a t e   w a s   e l i m i na t e d,   a nd  t h e   i n c r e m e nt   o f  t h e   P C  i s   di r e c t l y   d o n e   i n   e a c h   e xe c ut i o n   s t a t e .   T hi s   l a s t ,   r e duc e d  f r o m   4   t o   o nl y   3  s t a t e s   ( t h us   o n l y   3  c l o c k  c y c l e s )  t h e   e xe c ut i o n  o f   e a c h   i n s t r uc t i o n .     3. 5 .   M ac r o - i n s tr u c ti o n s   A s   s h o w n   i n   t h e   c o de   e xa m pl e s   of   t h e   p r e v i o us   s u b - s e c t i o n ,   t h e   s i m p l e   a dd i t i o n s   n e e ds   a n d  a ddi t i o na l   CL R C   i n s t ruc t i o n,   b ut   t hi s   c a n   b e   c o n f us i n g  f o r   t h e   s t ude nt s   a t   t h e   b e gi nn i ng,   t h a t   i s   w h y   s o m e   m a c r o - i n s t r uc t i o n s   w e r e   i m pl e m e n t e d  u nde r  t h e   a s s e m b l e r   s o f t w a r e ,   i n   o rde r  t o   w r i t e   i n s t r uc t i o n  c o m b i na t i o n s   a s   o n l y   o n e .   T h e   T a b l e   3  s h ow s   t h e   i m pl e m e n t e d  m a c r o - i n s t r u c t i o n s   a n d  t h e i r   t ra n s l a t i o n   t o   a s s e m b l y   l a n gua ge .           F i gu r e   2 .   S t a t e   di a g r a m   o f   t h e   c o n t r o l   u n i t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m p  E n g     IS S N :   2088 - 8708       H ar d w ar e   de s c r i pt i on  of   a  s i m pl i f i e d   4 - b i t   s of t c or e   pr o c e s s o r   w i t h  …   ( F e r nando  M ar t í n e z   S ant a )   1575   T a b l e   3 .   M a c r o - i n s t ruc t i o n s   a nd  t h e i r   m e a ni n g   M a c r o   I n s t ru c t i o n   A s s e m b l y   D e s c ri p t i o n   A D D           A d d r e s s   CL RC   A D D D C        A d d r e s s   a d d i t i o n   A D D C     A d d r e s s   CL RD C   A D D D C        A d d r e s s   a d d i t i o n   w i t h   c a rr y   S U B             A d d r e s s   CL RC   S U BD C         A d d r e s s   s u b t ra c t i o n   S U B C        A d d r e s s   CL RD C   S U BD C         A d d r e s s   s u b t ra c t i o n   w i t h   c a rry   ( b o rr o w )   S H L   CL RC   RO L   s h i f t   l e f t   S H R   CL RC   RO R   s h i f t   ri g h t   NO P   NOT   NOT   n o t   o p e ra t i o n       3. 6 .   P r o c e s s o r   i m p l e m e n tati o n   s i z e   T h e   de s i gn   w a s   i m p l e m e n t e d  a n d  t e s t e d  o n   a   F P G A   S pa rt a n   3A N   xc 3s 700a n - 4f gg484  by   X i l i n x ®.   T h i s   n e w   de s i gn   w a s   c o m pa r e d  w i t h   t h e   p r e v i o us   i m pl e m e nt a t i o n   o n   t h e   s a m e   de v i c e ,   ob t a i n i ng  t ha t   i t   us e s   l e s s   f l i p - f l o ps   ( f r o m   98   t o   81)  b ut   m o r e   L U T s   (L o o k  U p  T a b l e s )  a n d   s l i c e s   (b a s i c   u n i t s   t ha t   g r o up  f l i p - f l o ps   a n d  c o m b i n a t i o na l   l o gi c ).   S pe c i f i c a l l y   t h e   n e w   de s i gn   us e s   m o r e   t h a n   t h e   do ub l e   of  L U T s   ( f r o m   114  t o   238).   R e ga r di n g  t h e   m a xi m um   po s s i b l e   f r e que n c y   t h e   di f fe r e n c e   i n   m i ni m a l   (f r o m   938M hz   t o   929M h z ) .     T h e   F i gu r e   3  s u m m a ri z e s   a l l   o f   t h e s e   r e s ul t s .           F i gu r e   3 .   R e s ul t s   c o m pa ri s o n   o f   t h e   ha r dw a r e   i m pl e m e n t a t i o n       4.   C O N C LU S I O N   T h e   p r e v i o us   de s i gn   w a s   i m p r o v e d  i n   s o m e   m a n y   w a y s ,   f i r s t l y   t h e   n u m b e r   o f   i n s t ruc t i o n  w a s   i n c r e a s e d  f r o m   14  t o   20,   a n d  a l s o   7  m a c r o - i n s t r uc t i o n s   w e r e   i m pl e m e n t e d .   S o m e   i n s t ruc t i o n   w e r e   i m p r o v e d   o r   r e pl a c e d  a n d  o t h e r   o n e s   w e r e   i n c l ude d,   b ut   t h e   p r o gra m   m e m o r y   ke pt   i t s   o r i gi na l   s i z e .   S e c o n dl y ,   a   4 - r e gi s t e r   i nput   b a n k  a n d  a   4 - r e gi s t e r   o ut pu t   b a n k  w e r e   i m pl e m e n t e d ,   m a ki ng  a l l   t h e   r e g i s t e r s   o f   t h e   da t a   m e m o r y   a r e   ge n e r a l   pu rpo s e   r e gi s t e r s .   A l s o ,   o pe r a t i o n s   w i t h   i nput   c a rr y   a nd  t h e   po s s i b i l i t y   t o   i m pl e m e n t   B CD   o pe r a t i o n s   w e r e   e n a b l e d  by   m e a n s   of   i m pl e m e nt i ng  a ddi t i o n   a n d  s ub t r a c t i o n   i n s t ruc t i o n s   w i t h   i n p ut   c a rr y   a n d  i n pu t   di g i t   c a rr y ,   a s   w e l l   a s   t h e   de c i m a l   a dj us t   i n s t ruc t i o n.   O n   t h e   o t h e r   h a nd,   t h e   m o di f i c a t i o n  i m p l e m e nt e d  o n   t h e   F S M   of   t h e   c o n t r o l   u n i t ,   r e duc e d  t h e   n u m b e r   o f   e xe c ut i o n   c l o c k  c y c l e s   f r o m   4  t o   3.   In   a dd i t i o n ,   t h e   m a xi m um   f r e que n c y   w a s   o n l y   r e duc e d  t o   t h e   99 . 1%  o f   t h e   f r e q ue n c y   r e a c h e d  w i t h   t h e   o r i gi na l   p r o c e s s o r .   F i n a l l y ,   t h e   t o t a l   s i z e   o c c upi e d  by   t he   pr o c e s s o r   i n c r e a s e d,   b ut   t h e   f u n c t i o na l i t y   w a s   i m p r o v e d  t oo ,   a l s o   m a ki n g   m o r e   s t a n d a r d  t h e   V e ri l o g  de s c r i pt i o n s   a n d   a n y w a y   ke e pi n g   t h e   de s i g n   a s   r e duc e d  a s   po s s i b l e ,   s i n c e   t h e   de s i g n   o n l y   o c c upi e d  t h e   2%  of   t h e   t o t a l   r e s o u r c e s   of   t h e   de v i c e   s e l e c t e d  f o r   t h e   i m pl e m e nt a t i o n.             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m p  E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   2 ,  A p ri l   2020   :     1 5 7 0   -   1 5 7 6   1576   A C K N O WL ED G E M EN TS   T h i s   w o r k  w a s   s uppo rt e d  by   t h e   U ni v e r s i da d  D i s t r i t a l   F r a n c i s c o   J o s é   de   Ca l d a s ,   s pe c i f i c a l l y   by   t h e   T e c hn o l o gi c a l   F a c ul t y .   T h e   v i e w s   e xpr e s s e d  i n  t hi s   pa pe r  a r e   n o t   n e c e s s a r i l y   e n do r s e d  by   D i s t ri c t   U n i v e r s i t y .   T h e   a ut h o r s   t ha n k   a l l   t h e   s t ude nt s   a n d  r e s e a r c h e rs   o f   t h e   r e s e a r c h   g r o up  A R M O S   fo r   t h e i r  s uppo r t   i n   t h e   de v e l o pm e n t   o f   t h i s   w o r k.       R EF ER EN C ES   [ 1]   M .   B e n í t e z   M e n di v e l s o ,   “ L a   v a l o r a c i ó n  de   l o s   a pp l e t s ,   po r   p a r t e   d e l   do c e nt e ,   po s i bi l i t a   l a   u t i l i z a c i ón   de   l a s   T I C   e n  e l   a u l a ” ,   # a s ht ag ,   n . º   4& 5 ,   pp .   106 - 11 5,   no v .   20 14.   [ 2]   J .   R i a ño ,   C .   L a d i no ,   a nd  F .   M a r t í ne z ,   “ I m pl e m e n t a c i ón   de   l a   t r a n s f o r m a da   F F T   s o br e   una   F P G A   o r i e nt a da   a   s u   a pl i c a c i ón   e n   c o nv e r t i do r e s   e l e c t r ó ni c o s   de   po t e nc i a , ”   T e k hnê ,   v o l .   9,   pp .   21 – 3 2,   20 12.   [ 3]   M .   C .   P e r e i r a ,   P .   V .   V i e r a ,   A .   L .   A .   R a a b e ,   a n d  C .   A .   Z e f e r i no ,   “ A   ba s i c   p r o c e s s o r   f o r   t e a c h i ng   di g i t a l   c i r c ui t s   a nd   s y s t e m s   de s i g n   w i t h   F P G A , ”   i n   20 12  V I I I   Sou t he r n   C on f e r e nc e   on   P r ogr am m ab l e   L og i c ,   pp .   1 – 6 ,   2 012 .   [ 4]   C .   D .   C un ţ a n ,   I .   B a c i u,   a n d  M .   O s a c i ,   “ S t ud i e s   o n  t h e   N e c e s s i t y   t o  I nt e g r a t e   t h e   F P G A   ( F i e l d  P r o g r a m m a bl e   G a t e   A r r a y )   C i r c ui t s   i n  t he   D i g i t a l   E l e c t r o ni c s   L a b  D i d a c t i c   A c t i v i t y , ”  I nt .   J .   M od .   E du c .   C om put .   S c i . ,   v o l .   7 ,     no .   6 ,   2015 .   [ 5]   D .   J a n s e n  a nd  B .   D us c h,   “ E v e r y   s t ude nt   m a ke s   h i s   o w n  m i c r o pr o c e s s o r , ”   i n  1 0t h  E ur ope an  W or k s hop  on   M i c r oe l e c t r o ni c s   E duc at i on   ( E W M E ),   p p.   97 – 101 ,   201 4   [ 6]   U .   G o l z e ,   V L S I   C hi p  D e s i g n  w i t h  t he   H a r dw a r e   D e s c r i pt i o n  L a ng ua g e   V E R I L O G :   “ A n  I nt r o duc t i o n  B a s e d  o n   a   L a r g e   R I S C   P r o c e s s o r   D e s i g n ” ,   v o l .   2 013 .   Spr i nge r   Sc i e nc e   &   B u s i ne s s   M e di a ,   201 3.   [ 7]   L .   R i ba s - X i r g o ,   “ Y e t   A no t he r   S i m p l e   P r o c e s s o r   ( Y A S P )   f o r   I nt r o duc t o r y   C o ur s e s   o n  C o m put e r   A r c hi t e c t u r e , ”   I E E E   T r an s .   I nd .   E l e c t r on . ,   v o l .   57 ,   no .   1 0,   pp .   331 7 – 33 23,   O c t .   2 0 10.   [ 8]   V .   A ng e l o v   a nd  V .   L i nde n s t r u t h ,   “ T he   e duc a t i o na l   p r o c e s s o r   S w e e t - 16, ”   i n   200 9  I nt e r n at i on al   C on f e r e nc e   on  F i e l d   P r ogr am m ab l e   L og i c   an d  A ppl i c at i on s ,   pp .   555 – 559 ,   200 9.   [ 9]   J .   L .   L o pe z   P r e s a   a nd  E .   P e r e z   C a l l e ,   “ M M P 16  a   16 - bi t   D i da c t i c   M i c r o - P r o g r a m m e d  M i c r o - P r o c e s s o r , ”   i n  20 11   3r d   I n t e r na t i ona l   C onf e r e nc e   o n  C om put e r   R e s e ar c h   a nd  D e v e l op m e nt ,  v o l .   1 ,   p p.   61 – 65 ,   201 1.   [ 10]   R .   V .   C o s t a ,   S .   F e r na nde s ,   L .   C a s i l o ,   A .   S o a r e s ,   a n d  D .   F r e i r e ,   “ S I C X E :   I m pr ov i ng   E xpe r i e nc e   w i t h   D i d a c t i c   P r o c e s s o r s , ”   i n   201 2  B r a z i l i an  Sy m po s i um   o n  C om pu t i n g  Sy s t e m   E ngi ne e r i n g ,   pp .   83 – 86 ,   2 012 .   [ 11]   Q .   S hi ,   L .   X i a ng ,   T .   C he n,   a nd  W .   H u,   “ F P G A - B a s e d  E m be dde d  S y s t e m   E duc a t i o n, ”   i n  2009  F i r s t   I nt e r na t i ona l   W or k s hop   on   E du c a t i o n  T e c h nol ogy   an d  C om pu t e r   S c i e nc e ,   v o l .   1 ,   pp.   12 3 – 12 7 ,   20 09.   [ 12]   J .   R u i z ,   D .   G ue r r e r o ,   I .   G o m e z ,   a nd  J .   V i e j o ,   “ I m pl e m e n t a t i o n  o f   a   ha r dw a r e   a n d  s o f t w a r e   f r a m e w o r k  f o r   a   s i m p l e   a c a de m i c   p r o c e s s o r , ”   i n  2012   T e c hn ol ogi e s   A pp l i e d  t o  E l e c t r on i c s   T e ac hi ng   ( T A E E ) ,   pp .   48 – 53 ,   2 012 .   [ 13]   L .   M o r a l e s - V e l a z que z ,   R .   A .   O s o r ni o - R i o s ,   a nd  R .   J .   R o m e r o - T r o nc o s o ,   “ F P G A   e m be dde d  s i ng l e - c y c l e   16 - bi t   m i c r o pr o c e s s o r   a nd  t o o l s , ”   i n  20 12  I n t e r nat i o nal   C on f e r e nc e   on  R e c on f i gu r ab l e   C om pu t i n g  an d  F P G A s ,     pp.   1 – 6.   20 12   [ 14]   S .   N .   S o a r e s   a nd  F .   R .   W a g ne r ,   “ T & D - Be nc h — I nno v a t i v e   C o m bi ne d  S u ppo r t   f o r   E duc a t i o n  a nd  R e s e a r c h  i n   C o m put e r   A r c hi t e c t u r e   a nd  E m be dd e d   S y s t e m s , ”   I E E E   T r ans .   E du c . ,   v o l .   54 ,   no .   4 ,   pp .   675 – 682 ,   N o v .   2 011 .   [ 15]   R .   S a nz   F e r n á nde z ,   “ S í n t e s i s   de   un   p r o c e s a do r   e n  V H D L   pa r a   s u   po s t e r i o r   v o l c a do   e n  u na   F P G A , ”   2017 .   [ 16]   H .   P a r k ,   Y . - W .   K o ,   J .   S o ,   a nd  J . - G .   L e e ,   “ S y nt he s i z a b l e   M a ny c o r e   P r o c e s s o r   D e s i g ns   w i t h  F P G A   i n  T e a c h i ng   C o m put e r   A r c hi t e c t u r e , ”   I nt .   J .   C o nt r ol   A u t om . ,   v o l .   6,   no .   5 ,   p p.   42 9 – 438 ,   O c t .   201 3.   [ 17]   A .   H e r na nd e z   Z a v a l a ,   O .   C a m a c ho   N i e t o ,   J .   A .   H ue r t a   R u e l a s ,   C .   D o m í ng ue z ,   a nd  R .   A r o dí ,   “ D e s i g n  o f   a   g e ne r a l   pur po s e   8 - bi t   R I S C   pr o c e s s o r   f o r   c o m put e r   a r c hi t e c t u r e   l e a r n i ng , ”   C om pu t .   y   S i s t . ,   v o l .   1 9,   no .   2 ,     pp.   37 1 – 38 5,   20 15 ,    [ 18]   F .   M .   S a nt a ,   F .   H .   M .   S a r m i e n t o ,   a nd  H .   M .   A r i z a ,   “ M i ni m a l i s t   4 - bi t   P r o c e s s o r   F o c us e d   o n  P r o c e s s o r s   T he o r y   T e a c hi ng , ”   I nd i an   J .   Sc i .   T e c hn ol . ,   v o l .   10,   no .   14 ,   201 7.   [ 19]   W .   S á e nz   R o dr í g ue z ,   F .   R i v e r a   S á nc he z ,   a nd  F .   M a r t í ne z   S a nt a ,   “ 8 - b i t   s o f t c o r e   m i c r o pr oc e s s o r   w i t h  dua l   a c c um ul a t o r   de s i g ne d   t o   b e   us e d  i n   F P G A , ”   T e c nur a ,   v o l .   2 2,   no .   5 6,   pp .   40 – 5 0,   20 18.   [ 20]   J .   E .   R .   P r i e t o ,   E .   J .   G óm e z ,   a nd  F .   M .   S a n t a ,   “ I m pl e m e n t a t i o n  o f   a n  8 - B i t   S o f t c o r e   M i c r o c o nt r o l l e r   o n  X i l i nx   S pa r t a n   F P G A   F a m i l y , ”   I nd i an   J .   Sc i .   T e c hn ol . ,   v o l .   10 ,   no .   22 ,   201 7.   [ 21]   X i l i nx ,   “ P i c o B l a z e   8 - bi t   E m be dd e d  M i c r o c o nt r o l l e r   U s e r   G ui d e , ”   I P   doc um e nt a t i o n,   [ _O nl i n e ] .   A v a i l a bl e :   ht t p: / / w w w . x i l i nx . c o m / s uppo r t / do c um e nt a t i o n/ i p_do c um e nt a t i o n/ u g 129. pdf ,   20 11 .   [ 22]   I v a nov ,   V l a di m i r   N .   “ U s i ng   a   P i c o B l a z e   P r oc e s s o r   t o   T r a f f i c   L i g ht   C o nt r o l ” .  C y be r ne t i c s   and  I n f or m at i on   T e c hnol o gi e s ,   v o l .   15 ,   no   5,   p .   131 - 13 9 ,   20 15.   [ 23]   B e nc he v a ,   N . ;   K o s t a d i no v ,   N . ;   R us e v a ,   Y .   “ O n  T e a c hi ng   H a r dw a r e / S o f t w a r e   C o - de s i g n  us i ng   F P G A ” .  E l e k t r on i k a   i r   E l e k t r o t e c hn i k a ,   v o l .   10 2 ,   no   6 ,   p.   9 1 - 94 ,   20 15.   [ 24]   L ung ,   C l a udi u;   S a bo u,   S e ba s t i a n;   B uc hm a n ,   A t t i l a .   “ W i r e l e s s   s e ns o r   ne t w o r ks   a s   pa r t   o f   e m e r g e nc y   s i t ua t i o ns   m a na g e m e nt   s y s t e m ” .  E n  201 6  I E E E   22 nd  I n t e r na t i ona l   Sy m po s i um   f o r   D e s i gn  an d  T e c hnol ogy   i n  E l e c t r on i c   P ac k agi n g  ( S I I T M E ) .  I E E E .   p .   240 - 243 .   201 6.   [ 25]   A f z a l ,   S h i r a z ,   e t   a l .   “ S i ng l e   C hi p   E m be d de d   S y s t e m   S o l ut i o n:   E f f i c i e n t   R e s o ur c e   U t i l i z a t i o n  by   I nt e r f a c i ng   L C D   t hr o ug h  S o f t c o r e   P r o c e s s o r   i n  X i l i nx  F P G A ” .   I n t e r nat i o nal   J our nal   o f   I nf or m a t i on  E ng i n e e r i ng  an d  E l e c t r on i c   B us i ne s s ,   v o l .   7,   no   6 ,   p.   2 3 ,   20 15.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.