Projeto e implementação em FPGA de um processador com conjunto de instrução reconfigurável utilizando VHDL

The Reconfigurable Computing is an intermediate solution at the resolution of complex problems, making possible to combine the speed of the hardware with the flexibility of the software. An reconfigurable architecture possess some goals, among these the increase of performance. The use of reconfigurable architectures to increase the performance of systems is a well known technology, specially because of the possibility of implementing certain slow algorithms in the current processors directly in hardware. Amongst the various segments that use reconfigurable architectures the reconfigurable processors deserve a special mention. These processors combine the functions of a microprocessor with a reconfigurable logic and can be adapted after the development process. Reconfigurable Instruction Set Processors (RISP) are a subgroup of the reconfigurable processors, that have as goal the reconfiguration of the instruction set of the processor, involving issues such formats, operands and operations of the instructions. This work possess as main objective the development of a RISP processor, combining the techniques of configuration of the set of executed instructions of the processor during the development, and reconfiguration of itself in execution time. The project and implementation in VHDL of this RISP processor has as intention to prove the applicability and the efficiency of two concepts: to use more than one set of fixed instructions, with only one set active in a given time, and the possibility to create and combine new instructions, in a way that the processor pass to recognize and use them in real time as if these existed in the fixed set of instruction. The creation and combination of instructions is made through a reconfiguration unit, incorporated to the processor. This unit allows the user to send custom instructions to the processor, so that later he can use them as if they were fixed instructions of the processor. In this work can also be found simulations of applications involving fixed and custom instructions and results of the comparisons between these applications in relation to the consumption of power and the time of execution, which confirm the attainment of the goals for which the processor was developed

A Computação Reconfigurável é uma solução intermediária na resolução de problemas complexos, possibilitando combinar a velocidade do hardware com a flexibilidade do software. Uma arquitetura reconfigurável possui várias metas, entre estas o aumento de desempenho. Dentre os vários segmentos em relação às arquiteturas reconfiguráveis, destacam-se os Processadores Reconfiguráveis. Estes processadores combinam as funções de um microprocessador com uma lógica reconfigurável e podem ser adaptados depois do processo de desenvolvimento. Processadores com Conjunto de Instruções Reconfiguráveis (RISP -Reconfigurable Instruction Set Processors) são um subconjunto dos processadores reconfiguráveis, que visa como meta a reconfiguração do conjunto de instruções do processador, envolvendo características referentes aos padrões de instruções como formatos, operandos, e operações elementares. Este trabalho possui como objetivo principal o desenvolvimento de um processador RISP, combinando as técnicas de configuração do conjunto de instruções do processador executadas em tempo de desenvolvimento, e de reconfiguração do mesmo em tempo de execução. O projeto e implementação em VHDL deste processador RISP tem como intuito provar a aplicabilidade e a eficiência de dois conceitos: utilizar mais de um conjunto de instrução fixo, com apenas um ativo em determinado momento, e a possibilidade de criar e combinar novas instruções, de modo que o processador passe a reconhecê-las e utilizá-las em tempo real como se estas existissem no conjunto de instrução fixo. A criação e combinação de instruções é realizada mediante uma unidade de reconfiguração incorporada ao processador. Esta unidade permite que o usuário possa enviar instruções customizadas ao processador para que depois possa utilizá-las como se fossem instruções fixas do processador. Neste trabalho também encontram-se simulações de aplicações envolvendo instruções fixas e customizadas e resultados das comparações entre estas aplicações em relação ao consumo de potência e ao tempo de execução que confirmam a obtenção das metas para as quais o processador foi desenvolvido