FPGA prototipleme: RISC-V tabanlı SoC için çip üstü hata ayıklama modülü ve Raspberry Pi ile OpenOCD JTAG üzerinden test süreçleri

Authors : Sezen Bal, Hayriye Korkmaz, Doğukan Biçer, Celal Alperen Bayar, Eren Kale, Eray Kayailli, Armağan Bi

Pages : 1299-1306

Doi:10.5505/pajes.2025.95694

View : 254 | Download : 228

Publication Date : 2025-12-15

Article Type : Research Paper

Abstract :Bu çalışma, RISC-V tabanlı bir System-on-Chip (SoC) tasarımının FPGA üzerinde prototipleme sürecini ve bu süreçte entegre edilen çip üstü hata ayıklama modülünü ele almaktadır. FPGA prototipleme, sayısal tasarımların donanım seviyesinde değerlendirilmesi amacıyla FPGA üzerinde uygulanması ve test edilmesi sürecidir. Çalışmada, Raspberry Pi ve OpenOCD kullanılarak JTAG aracılığıyla gerçekleştirilen hata ayıklama işlemleri, SoC\\\'nin çeşitli fonksiyonlarını ve performansını etkin bir şekilde test etmek için kritik bir adım olarak vurgulanmaktadır. Bu yaklaşım, geliştirme sürecinde maliyetleri düşürmeye ve pazara sunma süresini kısaltmaya katkıda bulunurken, tasarımın son silikon versiyonuna geçişte karşılaşılacak riskleri azaltmaktadır. SoC tasarımı, FPGA üzerinde çalıştırılarak fonksiyonel doğrulama kapsamında çeşitli testlere tabi tutulmuş ve başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Fonksiyonel doğrulama, bir sayısal tasarımın beklenen davranışları sergileyip sergilemediğini kontrol etmek için uygulanan kritik bir test aşamasıdır. Kayan nokta birimi testi kapsamında sinüs fonksiyonu uygulanarak sinüs değerleri hesaplanmış ve birimin doğru çalıştığı doğrulanmıştır. I2C çevre birimi testinde, bir sensör bağlanarak sensörden elde edilen verilerin doğru şekilde alındığı ve işlendiği tespit edilmiştir. Bit manipulation testi, RISC-V bit manipülasyon komutlarının doğru çalıştığını göstermiştir. FreeRTOS uygulamasında, görev zamanlaması, kesmeler ve kaynak yönetimi başarıyla gerçekleştirilmiş ve sistemin çoklu görev yürütme sırasında hatasız çalıştığı doğrulanmıştır. Atomik işlemler ile CSR (Control and Status Registers) birimlerinin doğru işleyişi değerlendirilmiş ve beklendiği gibi çalıştığı doğrulanmıştır. Bunun yanı sıra, işlemcinin performansı CoreMark ve Dhrystone kıyaslamaları kullanılarak değerlendirilmiştir. CoreMark testinde işlemci, 41.97 iterasyon/saniye (600 iterasyon) skoruna ulaşmış ve CoreMark/MHz değeri 2.51 olarak hesaplanmıştır. Dhrystone kıyaslamasında ise işlemci, 70,582 Dhrystone/saniye performans sergilemiştir. Her bir bileşenin implementasyonu ve ilgili test tezgâhları Verilog HDL ile yazılmış olup, tasarım Terasic De10-Lite FPGA üzerinde uygulanmıştır.
Keywords : RISC-V İşlemci, FPGA, Hata Ayıklama, Çip üstü Sistem

ORIGINAL ARTICLE URL