Utilização de FPGA no desenvolvimento de um microcontrolador de 32 Bits com arquitetura RISC-V e conjunto de instruções RV32IM

Resumo

Este trabalho tem como objetivo apresentar o desenvolvimento de um microprocessador de 32 bits, baseado na arquitetura RISC-V e que implementa o conjunto de instruções RV32IM. O conjunto de instruções RV32IM contém as instruções do conjunto básico, RV32I, mais as instruções referentes às operações de multiplicação e divisão de números inteiros. A microarquitetura implementada é a “single-cycle processor”, em que é executada uma instrução por vez, cada uma executada em um ciclo de clock. O núcleo foi desenvolvido por meio da utilização de FPGAs e das linguagens de descrição de hardware SystemVerilog e Verilog. A CPU desenvolvida aqui foi testada em um CI (circuito integrado) FPGA da família Max 10 da Altera® (atualmente Intel® Corporation). Em relação ao ambiente de desenvolvimento da CPU, foi utilizada a ferramenta oficial da Altera®/Intel® para desenvolvimento em FPGA, o programa Quartus® Prime Lite Edition. Neste trabalho, foi criado um núcleo de CPU RISC-V totalmente funcional, com uma memória de dados, uma memória de programa, além do hardware necessário para a implementação da CPU; embora a maior parte desses componentes tenha sido construída por meio de elementos lógicos, também foram utilizados outros recursos adicionais disponíveis no CI FPGA da Intel, como os blocos de memória M9K (para construir as memórias) e circuitos multiplicadores, que tornaram a implementação da CPU mais eficiente. Por fim, o MCU desenvolvido nesse trabalho oferece uma implementação completa de um núcleo de processamento que poderá ser incorporado a novos MCUs e, também, oferece contribuições práticas às pesquisas de desenvolvimento usando FPGAs.