Using FPGAs as a resource to teach hardware architectures

MATÍAS LÓPEZ Y ROSENFELD; IGNACIO VISSANI; PATRICIA BORENSZTEJN

Simposio; Simposio Argentino de Sistemas Embebidos; 2014

Las FPGAs posibilitan la implementación inmediata de diseños de hardware, lo cual abre un sinfín de posibilidades. En el ámbito de la enseñanza de las TICs, permite modificar drásticamente la metodología de la enseñanza de arquitecturas de procesadores permitiendo la implementación a bajo costo de diseños realizados en el contexto de una materia. En este trabajo presentamos la experiencia y materiales realizados en una materia del Departamento de Computación, FCEyN, UBA. Durante el dictado de la misma los alumnos desarrollaron distintos componentes que luego combinaron para el desarrollo de un procesador que soporta un set de instrucciones reducido de la arquitectura MIPS32 basada en la máquina uniclo de Hennessy-Patterson. Este diseño permite incorporar instrucciones incrementalmente. Se utilizó inicialmente un editor gráfico para la creación de componentes y luego se terminó el desarrollo usando código en lenguaje Verilog. Se realizaron tres tipos de pruebas sobre los componentes (y el procesador) desarrollados por los alumnos. Primero se utilizó la herramienta ISim para realizar tests exhaustivos simulados de los distintos componentes. Luego se verificó el diseño de manera experimental directamente en la placa. Por último, se proveyó a los alumnos de un ensamblador especialmente desarrollado que les permitió escribir, ensamblar y posteriormente cargar y ejecutar diversos algoritmos en el procesador desarrollado por ellos mismos. Así los alumnos completaron el ciclo que va desde el diseño de los componentes hasta la codificación de sus programas y posterior ejecución. Consideramos que esta metodología aporta a la cabal comprensión del funcionamiento de las computadoras actuales.