Diseño y simulación de un microprocesador para sistemas embebidos basado en la ISA RISC-V

Abstract

Debido a los problemas de producción de semiconductores que vivimos actualmente, ha salido a la luz la importancia de los sistemas embebidos en muchos aspectos de la economía y su gran impacto en la sociedad. Con el objetivo de idear una nueva plataforma de microcontroladores se ha realizado el diseño y la simulación de un microprocesador para sistemas embebidos que utiliza el juego de Instrucciones open-source RISC-V. El proyecto incluye una introducción con un pequeño estado del Arte en materia de ISAs, una explicación profunda del funcionamiento del juego de Instrucciones RISC-V y un análisis de su situación actual mostrando diferentes empresas que han apostado por esta tecnología. En cuanto al desarrollo en cuestión, se han implementado 8 instrucciones con 4 formatos de Instrucción diferentes. Todos los componentes se han desarrollado utilizando el lenguaje de descripción hardware VHDL y simulado para comprobar su correcto funcionamiento. En este documento se muestra tanto las partes más relevantes del código de cada uno de los componentes como las simulaciones realizadas de cada uno de ellos. También se han realizado 2 simulaciones para mostrar el funcionamiento de las instrucciones implementadas. Finalmente, se han planteado los diferentes desafíos en materia Social, Ética, Legal y, sobre todo, Medio Ambiental a los que se enfrenta este tipo de desarrollos.
Abstract:
The semiconductor production problem we are currently facing has highlighted the importance of embedded systems in the economy and, therefore, in society itself. Aiming to plant the seed of a new microcontroller platform, a microprocessor targeting embedded systems has been design and simulated using the open-source instruction set RISC-V. The project includes an introduction with a small state of the art section targeting available ISAs, a deep explanation of the RISC-V instruction set and an analysis of its current situation and supporters. Regarding the development itself, 8 instructions have been implemented using 4 different instruction formats. All the components have been developed using the hardware description language called VHDL and simulated to ensure their proper operation. The most important parts of the code and the simulation of each component is shown in this document. With the aim of showing the operation of the implemented instructions, 2 simulations of the running microprocessor have also been included. Finally, the Social, Ethical, Legal and, most of all, Environmental challenges this kind of developments must face have been addressed at the end of the document.