Differences
This shows you the differences between two versions of the page.
|
soc:laboratoare:09 [2025/05/15 09:08] mihai_catalin.stan |
soc:laboratoare:09 [2025/05/27 17:37] (current) stefan.maruntis [Semnale de control] |
||
|---|---|---|---|
| Line 37: | Line 37: | ||
| ^ Semnal ^ Explicatie ^ | ^ Semnal ^ Explicatie ^ | ||
| - | | RET | | | + | | RET | Folosit doar in instructiunea de RET | |
| - | | CALL | | | + | | CALL | Folosit doar in instructiunea de CALL addr | |
| | RAM_EN_H | Pune octetul superior din RAM[mar] in registrul de date | | | RAM_EN_H | Pune octetul superior din RAM[mar] in registrul de date | | ||
| | RAM_EN_L | Pune octetul inferior din RAM[mar] in registrul de date | | | RAM_EN_L | Pune octetul inferior din RAM[mar] in registrul de date | | ||
| Line 44: | Line 44: | ||
| | MDR_EN | Incarca output-ul memoriei pe magistrala sistemului | | | MDR_EN | Incarca output-ul memoriei pe magistrala sistemului | | ||
| | MDR_LD | Incarca octetul inferior de pe magistrala in octetul inferior al MDR | | | MDR_LD | Incarca octetul inferior de pe magistrala in octetul inferior al MDR | | ||
| - | | MAR_LD_L | Incarca octetul superior al unei adrese aflate pe magistrala in octetul superior al MAR | | + | | MAR_LD_H | Incarca octetul superior al unei adrese aflate pe magistrala in octetul superior al MAR | |
| - | | MAR_LD_H | Incarca octetul inferior al unei adrese aflate pe magistrala in octetul inferior al MAR | | + | | MAR_LD_L | Incarca octetul inferior al unei adrese aflate pe magistrala in octetul inferior al MAR | |
| | PC_EN | Pune pe magistrala valoarea program counter-ului | | | PC_EN | Pune pe magistrala valoarea program counter-ului | | ||
| | PC_LD | Incarca in modulul de program counter valoare de pe magistrala (folosit in instructiunile de jump, care trebuie sa sara la o anumita instructiune) | | | PC_LD | Incarca in modulul de program counter valoare de pe magistrala (folosit in instructiunile de jump, care trebuie sa sara la o anumita instructiune) | | ||
| Line 63: | Line 63: | ||
| | HLT | Incheie executia programului | | | HLT | Incheie executia programului | | ||
| | END | Incheie executia instructiunii curente | | | END | Incheie executia instructiunii curente | | ||
| + | |||
| + | Toate aceste semnale sunt scrise in ctrl_rom_io.bin. Ne amintim din laboratorul 8 ca acesta contine cuvinte de control, in care fiecare valoarea reprezinta un semnal, spre exemplul cuvantul 100000000000000000000000000000000000000 indica faptul ca doar semnalul de END este activ. | ||
| + | |||
| + | Adresa din ROM este formata prin concatenarea opcode-ului (8 biti) cu stage-ului (4 biti). Spre exemplu, cuvantul de la adresa 000000010010 (al 18-lea cuvant de control) este format prin concatenarea opcode-ului 00000001 cu stage-ul 0010. Deci acest cuvant de control contine semnalele ce trebuiesc executate de instructiunea codificata cu 8'h01, in stage-ul 2 al executiei. | ||
| ==== Instrucțiuni ==== | ==== Instrucțiuni ==== | ||
| Line 114: | Line 118: | ||
| Instrucțiunile pot fi împărțite în 4 categorii în funcție de modul în care adresează memoria în opcode: | Instrucțiunile pot fi împărțite în 4 categorii în funcție de modul în care adresează memoria în opcode: | ||
| - | * Direct - Primește adresa de memorie pe care se operează în instrucțiune - ex. STA addr (Store la o anumită adresa) | + | * Direct - Primește adresa de memorie pe care se operează în instrucțiune - ex. STA addr (Store la o anumită adresa) |
| - | * Immediate - Primește o valoare constantă direct folosită în instrucțiune - ex. ORI byte (Aplica operatia de OR logic între registrul A și o valoare primită) | + | * Immediate - Primește o valoare constantă direct folosită în instrucțiune - ex. ORI byte (Aplica operatia de OR logic între registrul A și o valoare primită) |
| - | * Register - Funcționează pe datele dintr-un registru - ex. DCR A - Decrementează valoare registrului A | + | * Register - Funcționează pe datele dintr-un registru - ex. DCR A - Decrementează valoare registrului A |
| - | * Implied - Adresa/Registrul pe care se efectuează instrucțiunea este implicită și nu se modifică - ex. RAL (Shiftează la stânga valoarea din registrul A și o salvează înapoi tot în acesta) | + | * Implied - Adresa/Registrul pe care se efectuează instrucțiunea este implicită și nu se modifică - ex. RAL (Shiftează la stânga valoarea din registrul A și o salvează înapoi tot în acesta) |
| Sistemul nostru - SOC-1 - ia 3 ciclii de ceas pentru aducerea instrucțiunii de executat din memorie, deci cea mai scurtă instrucțiune va dura 3 ciclii (NOP). Cele mai lungi instrucțiuni sunt cele care lucrează cu adrese din memoria ROM și ajung până la 9-10 ciclii de ceas (STA - 9 ciclii, CALL - 9 ciclii, LDA - 10 ciclii) | Sistemul nostru - SOC-1 - ia 3 ciclii de ceas pentru aducerea instrucțiunii de executat din memorie, deci cea mai scurtă instrucțiune va dura 3 ciclii (NOP). Cele mai lungi instrucțiuni sunt cele care lucrează cu adrese din memoria ROM și ajung până la 9-10 ciclii de ceas (STA - 9 ciclii, CALL - 9 ciclii, LDA - 10 ciclii) | ||
| Instrucțiunile de jump durează 4 sau 8 ciclii de ceas în funcție de rezultatul comparației din controller. Dacă în controller condiția eșuează și jump-ul nu este executat, acesta durează 4 ciclii de ceas. În schimb, dacă acesta este executat, instrucțiunea de jump durează 8 ciclii. | Instrucțiunile de jump durează 4 sau 8 ciclii de ceas în funcție de rezultatul comparației din controller. Dacă în controller condiția eșuează și jump-ul nu este executat, acesta durează 4 ciclii de ceas. În schimb, dacă acesta este executat, instrucțiunea de jump durează 8 ciclii. | ||
| + | |||
| + | ==== Implementarea unei instructiuni ==== | ||
| + | |||
| + | Pentru implementarea unei instructiuni sunt necesari pasii urmatori: | ||
| + | - Intelegerea semnalelor de control | ||
| + | - Determinarea modulelor implicare in executia unei instructiuni si a flow-ului datelor prin acestea | ||
| + | - Prelucrarea datelor in modulele corespunzatoarea (spre exemplu, prelucrarea datelor in UAL in timpul instructiunii de ADD) | ||
| + | - Scrierea semnalelor pentru fiecare stage si modificarea ROM-ului controller-ului cu semnalele corespunzatoare | ||
| ==== Scrierea și execuția de cod pe SOC-1 ==== | ==== Scrierea și execuția de cod pe SOC-1 ==== | ||
| Line 156: | Line 168: | ||
| ==== Exercitii laborator ==== | ==== Exercitii laborator ==== | ||
| - | Task 0: Analizati pe baza sheet-ului de instructiuni cu asistentul/asistenta de laborator secventa de mai sus pentru a determina ce se va intampla de-alungul executiei acesteia. | + | - (0p): Analizati pe baza sheet-ului de instructiuni cu asistentul/asistenta de laborator secventa de mai sus pentru a determina ce se va intampla de-alungul executiei acesteia. |
| + | - (5p) (Branch Group Instructions): Observati cum este implementata instructiunea de JM (Jump Minus) si implementati similar si operatia de JP (Jump Positive) in modulul controller.v. Vom defini opcode-ul instructiunii JP ca fiind 8'hFB. Ulterior, modificati in sap2_ctrl_rom.xlsx semnalele de control necesare fiecarei etape de executie a instructiunii. Dupa ce le-ati modificat, copiati coloana cu semnalele concatenate si puneti-le in ctrl_rom_io.bin. | ||
| + | - (5p) (Arithmetic Group Instructions): Implementati in modulul UAL instrucțiunile CMP B si CMP C, care compara prin scadere valoarea lui A cu a lui B, respectiv C si modifica flag-urile pe baza acestor operatii. Opcode-urile pentru CMP B si CMP C in ALU sunt 8 si 9, iar in ROM si excel sunt 8'h92 si 8'h93. Modificati semnalele si adaugati-le in ctrl_rom_io.bin ca la task-ul de mai sus. | ||
| + | - (0p): Cum va usureaza munca instrucțiunile implementate la task 2 fata de utilizarea unor operatii normale de SUB | ||
| + | - (Bonus) (I/O Group Instructions): Implementati instructiunea de I/O IN data, care se va primi prin intermediul switch-urilor o valoare pe 4 biti pe care o veti stoca in sectiunea LOW a registrului A. Instructiunea de IN poate fi gasita ca 0'hDB. Pentru ajutor puteti vedea si instructiunea de OUT ca 0'hD3. Modificati semnalele si ctrl_rom_io ca la primele 2 task-uri. | ||
| - | Task 1 (Branch Group Instructions): Observati cum este implementata instructiunea de JM (Jump Minus) si implementati similar si operatia de JP (Jump Positive) | + | Daca functia concatenate din excel nu este recunoscuta cand deschideti local, incercati folosirea Google Spreadsheets sau OneDrive. |
| - | Task 2 (Arithmetic Group Instructions): Implementati instrucțiunile CMP B si CMP C, care compara valoarea lui A cu a lui B, respectiv C si modifica flag-urile pe baza acestor operatii. | + | <spoiler SUB vs CMP> |
| - | + | ||
| - | Task 2.1: Cum va usureaza munca instrucțiunile implementate la task 2 fata de utilizarea unor operatii normale de SUB | + | |
| - | + | ||
| - | <spoiler> | + | |
| <code> | <code> | ||
| MVI A, 5AH | MVI A, 5AH | ||
| Line 180: | Line 192: | ||
| </spoiler> | </spoiler> | ||
| - | Task 3: Implementare XCHG A B: Interschimba valorile din registre A si B. | + | <hidden> |
| + | Pentru fiecare task studentii vor avea de implementat logica instructiunii in modulul corespunzator si de modificat semnalele de control din excel. Mai jos aveti atasata arhiva solutiei. | ||
| - | Task 4 (I/O Group Instructions): Implementati instructiunea de I/O IN data, care se va primi prin intermediul switch-urilor o valoare pe 4 biti pe care o veti stoca in sectiunea LOW a registrului A. | + | Pentru operatia de **JP (Jump Positive)**, semnalele vor fi identice cu cele de la Jump Minus, fiind primul task vrem sa vedem ca studentii macar inteleg sumar ce se intampla cu acele semnale. |
| - | Task 5 (BONUS): Implementarea POPCNT A. Numara numarul de biti setati pe 1 din registrul A. | + | Pentru operatiile de **CMP**, implementarea va fi identica cu cea a operatiei de SUB, iar semnalele vor fi similare. CMP B difera de SUB B prin faptul ca nu vom mai activa semnalul de A_LOAD (nu vom scrie rezultatul in registrul A). Similar si pentru CMP C. |
| + | |||
| + | In **simulare**, daca operatiile au fost implementate cu succes, se va efectua A = 3, B = 2, CMP, JP, HLT, iar simularea se va opri dupa 280.000ns. Daca nu este recunoscuta instructiunea, va ramane blocat pe aceasta. Daca sunt implementate gresit, nu se va executa JP la adresa 0x0B (HLT) ci se va executa JMP 0x00 (inapoi la inceputul programului). | ||
| + | |||
| + | Pentru a verifica doar functionalitatea lui JP, studentii pot inlocui opcode-ul instructiunii de CMP cu cel al instructiunii de SUB B. Daca JP e implementata corect, simularea se va opri ca mai sus, dupa 280.000ns. | ||
| + | |||
| + | Operatia de **IN byte** este similara cu cea de OUT pe care am dat-o ca referinta. Primele 3 etape sunt identice la toate instructiunile, a 4-a etapa va pune pe magistrala datele din MDR, iar in etapa urmatoare vrem sa le incarcam in IOA (adresa registrului de IO). In urmatoarea (si ultima etapa) vrem sa trimitem datele din IO module (cu IO_EN) si sa le incarcam in registrul A (A_LD). | ||
| + | </hidden> | ||
| Pentru mai multe detalii cu privire la instructiunile de mai sus, va recomandam sa cititi din datasheet-ul de mai jos paginile 34-45 | Pentru mai multe detalii cu privire la instructiunile de mai sus, va recomandam sa cititi din datasheet-ul de mai jos paginile 34-45 | ||
| Line 191: | Line 211: | ||
| [[https://deramp.com/downloads/intel/8080%20Data%20Sheet.pdf]] | [[https://deramp.com/downloads/intel/8080%20Data%20Sheet.pdf]] | ||
| + | <hidden> | ||
| + | {{:soc:laboratoare:sap-2_lab9_solutie.zip | Solutia laboratorului}} | ||
| + | |||
| + | Daca fisierul xdc nu este recunoscut automat, doar dati-i add source din Vivado. | ||
| + | </hidden> | ||
| + | {{:soc:laboratoare:sap-2_lab9_skel.zip | Scheletul laboratorului}} | ||
