Christian Unhold, MSc

FH-Prof. DI Mag.Dr. Josef Langer

DICE GmbH & Co KG, Linz

Der Power Optimized RISC Core (PORC) der Firma DICE Gmbh & Co KG ist eine 16-Bit-CPU, die in VHDL implementiert ist. Der Instruktionssatz des PORC ist mit dem Texas Instruments MSP430 kompatibel. Der PORC verwendet eine synchrone Speicheranbindung und eine dreistufige Instruktions-Warteschlange. Ein komplexes Steuerwerk sorgt für eine effiziente Befehlsausführung. Ein On-Chip-Debugger (OCD) ermöglicht mit Hilfe einer JTAG-Schnittstelle das Debugging von Firmware imSystem. Durch die getrennte Entwicklung vom PORC konnte der OCD jedoch nicht in das Design integriert werden, was eine komplexe Ansteuerung notwendig macht.In dieser Diplomarbeit wird der PORC näher analysiert. Es wird ein abstraktes Systemmodell in C++ und SystemC implementiert, welches das Zeitverhalten der Befehlsausführung des PORC modelliert. Das Systemmodell dient als Grundlage für ein verbessertes Hardware-Design des PORC. Aus der Analyse des PORC und Ergebnissen eines Profiling von Firmware werden Vorschläge für ein neues Hardware-Design erstellt. Die Vorschläge werden im Systemmodell implementiert und in einem Benchmark evaluiert.Mit einer Partitionierung des Steuerwerkes kann anstelle der Instruktions-Warteschlange ein Cache eingesetzt werden, der anhand der Profiling-Ergebnisse dimensioniert wird. Zusammen mit einer kleinen Verbesserung im Steuerwerk ergibt sich eine Steigerung der Ausführungsgeschwindigkeit im Dhrystone-Benchmark von 37,7 %.Durch eine geänderte Realisierung von Byte- und Wort-weisen Speicherzugriffen kann anstelle von zwei Speicherblöcken mit einer Breite von 8 Bit ein 16-Bit-Speicher verwendet werden, der weniger Fläche benötigt. Bei Verwendung der ASIC-Technologie C11N von Infineon Technologies können damit zwischen 6,80 % (bei Single-Ported-RAM) und 13,08 % (bei Masken-ROM) der Fläche des Speichers eingespart werden. Eine kleine Änderung an der Speicher-Schnittstelle ermöglicht die Anbindung von Wishbone-Peripherie-Modulen.Wird der OCD bereits beim Design einer neuen Version des PORC berücksichtigt, kann er besser in das Steuerwerk integriert werden. Dadurch kann die Ansteuerung vereinfacht werden.