16 비트 EISC 마이크로 프로세서에 관한 연구

A Study on 16 bit EISC Microprocessor

8비트와 16비트 마이크로 프로세서는 소규모 제어기기에 많이 사용되고 있다. 이러한 실장 제어용 마이크로 프로세서는 CP와 메모리 및 입출력 회로가 하나의 반도체에 집적되어야 하므로 회로가 간단하고, 코드 밀도가 높은 것이 요구되고 있다. 본 논문에서는 코드 밀도가 높은 EISC(Extendable Instruction Set Computer)구조를 가지는 16비트 마이크로 프로세서인 SE1608을 제안한다. SE1608은 8개의 범용 레지스터를 가지며, 16비트 고정 길이 명령어, 짧은 오프셋 인덱스 어드레싱과 짧은 상수 오퍼랜드 명령어를 가지며, 확장 레지스터와 확장 프래그를 사용하여 오프셋 및 상수 오퍼랜드를 확장할 수 있다. SE1608은 FPGA로 구현하여 약 12,000 게이트가 소요되었으며, 8MHz에서 모든 기능이 정상적으로 동작하는 것을 확인하였고, 크로스 어셈블러와 크로스C /C++컴파일러 및 명령어 시뮬레이터를 설계하고 동작을 검증하였다. SE1608의 코드 밀도는 16비트 마이크로 프로세서인 H-8300의 140%, NM10200의 115%로 현격하게 높은 장점을 가진다. 따라서 하드웨어가 간단하고, 프로그램 메모리 크기가 작아지므로 실장 제어용 마이크로 프로세서에 적합하여 폭 넓은 활용이 기대된다.

8 bit and 16 bit microprocessors are widely used in the small sited control machine. The embedded microprocessors which is integrated on a single chip with the memory and I/O circuit must have simple hardware circuit and high code density. This paper proposes a 16 bit high code density EISC(Extendable Instruction Set Computer) microprocessor. SE1608 has 8 general purpose registers and 16 bit fixed length instruction set which has the short length offset and small immediate operand. By using an extend register and extend flag, the offset and immediate operand in instruction could be extended. SE1608 is implemented with 12,000 gate FPGA and all of its functions have been tested and verified at 8MHz. And the cross assembler, the cross C/C++compiler and the instruction simulator of the SE1608 have been designed and verified. This paper also proves that the code density$.$ of SE1608 shows 140% and 115% higher code density than 16 bit microprocessor H-8300 and MN10200 respectively, which is much higher than traditional microprocessors. As a consequence, the SE1608 is suitable for the embedded microprocessor since it requires less program memory to any other ones, and simple hardware circuit.