RISC processor design on FPGA and BMS application
FPGA üzerinde gerçekleştirilen RISC işlemci ve BYS uygulaması
- Tez No: 913329
- Danışmanlar: PROF. DR. MUSTAFA GÖK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Çukurova Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 104
Özet
Batarya yönetim sistemlerinde yüksek hızlarda ve düşük güç tüketerek yapılan işlemler hem insan hem de çevre sağlığı için önemlidir. Bu gereksinimi karşılamak için sistem hızlı bir işlemciye ihtiyaç duyar. RISC-V ISA'sı içerisinde yer alan RV32I komut seti hızlı ve etkin yapısı ile ön plana çıkmaktadır. Özellikle taşınabilir elektronik aletler, elektrikli arabalar ve yenilenebilir enerji gibi alanların gelişmesiyle ortaya çıkan elektrik enerjisini depolama sorunu günümüzde önem kazanmıştır. Li-ion bataryalar enerji yoğunluğu, verimi ve kullanım süresi gibi pozitif özellikleri ile elektrik enerjisini depolamak için en çok tercih edilir seçeneklerden biri haline gelmiştir. Bu bataryaların güvenilir ve verimli olabilmesi için parametrelerinin izlenmesi, radikal durumlarda müdahale edilmesi gerekir. Batarya yönetim sistemleri Li-ion bataryaları izler ve yönetir. Li-ion bataryalarda ölçülmesi ve hesaplanması gereken pek çok parametre vardır. Bunlardan bazıları voltaj, akım ve sıcaklık olup hesaplanması gereken diğer bazı parametreler ise şarj durumu, sağlık durumu gibidir. Bazı hesaplamalar zaman içerisindeki sensör verilerinin değişimleri neticesinde yapılması gerekir. Bu parametreler çok temel ve gereklidir. Bazı parametreler neticesinde bataryanın ne zaman boşalacağı, ne kadar şarjı kaldığı, gibi pek çok hesaplama yapılabilir. Bu çalışma çalışan bir RISC işlemcinin tasarlanmasını, gerçeklenmesini ve gerçeklenen tasarımın test edilmesini hedefler. Bu tezde Verilog HDL ile RV32I komut setli 7 boru-hattı aşamalı çekirdek tasarlanmıştır ve Vivado Design Suit programı ile Basys-3 FPGA kartında 100 MHz saat çevriminde gerçeklenmiştir. Çekirdek ISA tarifine göre komutları çalıştırabilmektedir. Çekirdek tek başına Basys-3 üzerinde 150 MHz ve Kintex-7 üzerinde 273 MHz saat çevrim hızlarına çıkabilmektedir. Sistem Basys-3 üzerinde 130 MHz ve Kintex-7 üzerinde 212 MHz saat çevrim hızlarına çıkabilmektedir. Sistem içeriği UART, XADC, Bellek ve veri yolu conttrol mantığıdır. Bu çalışma literatüre 7 boru-hattı aşamalı bir RV32I çekirdeği katkısında bulunur ve bu çekirdek gelecekte genel işlev üzerine veya özgül işlev üzerine daha da geliştirilebilir.
Özet (Çeviri)
Fast calculations within Battery Management Systems (BMS) with low power use is important for the safety of humans and the environment. To accomplish this goal, BMS requires a fast processor which does the calculations. RV32I base integer instruction set, which is part of RISC-V instruction set architecture (ISA), is one of the candidates with its robust RISC architecture. The issue of storing electric energy for future use became crucial with the increasing demand for portable electronic devices, electric vehicles and temporary power storage. Li-ion batteries are one of the most reliable choices in today's technology due to their energy density, efficiency, and cycle life. However, they should be monitored and managed for safety and reliability reasons. BMS monitors and manages the batteries. There are many parameters to measure from Li-ion battery and to calculate from the measurement. For example, the voltage of the battery, charge-discharge current, temperature, state of charge (SOC), state of health (SOH), etc. Some of the calculations even include the time domain, and these parameters are so essential to be known they indicate the remaining time to charge fully or the remaining time to discharge fully, the charges left in the battery, the condition of the battery, and many more. This study aims to design, implement and test the designed RISC processor. In this thesis, a 7-stage pipelined RV32I core has been described in Verilog HDL and implemented on a Basys-3 FPGA board with 100MHz clock frequency using the Vivado Design Suit. When the core is separated, it can reach 150 MHz frequency on the Basys-3 board and 270 MHz frequency on the Kintex-7 board. The core executes instructions as described in ISA. To communicate with other devices, such as a personal computer, a UART module is also described in Verilog HDL and PuTTy software is used as a serial communication terminal application for the personal computer. For analog data, LogiCORE XADC IP is used, and a compatible module is also described in Verilog HDL to read external voltage levels from the sensors. This study contributes a 7-staged pipelined RV32I core to literature, and it can be improved in the future to more generalized or more specific versions.
Benzer Tezler
- FPGA tabanlı sentezlenebilir işlemci tasarımı
FPGA based soft-core processor design
SELÇUK BAŞAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolYıldız Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SONGÜL ALBAYRAK
- FPGA tabanlı sanal işlemci tasarımı ve performans analizi
FPGA based soft-core processor design and performance analysis
MUHAMMET ERTUĞRUL ÇAKIR
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAnkara ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKKI GÖKHAN İLK
- Açık kaynak kodlu OpenRISC tabanlı kırmık üstü sistemlerin gerçeklenmesi ve uygulamaları
Implementation and applications of open source OpenRISC based SOC's
LATİF AKÇAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SIDDIKA BERNA ÖRS YALÇIN
- Pipelined design approach to microprocessor architectures a partial implementation: MIPS TM pipelined architecture on FPGA
Mikro işlemcilerde pipelined dizayn yaklaşımı MIPS TM pipelined işlemci mimarisinin FPGA üzerinde kısmi bir uygulaması
MUZAFFER CAN ALTINİĞNELİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2005
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
PROF.DR. HASAN GÜRAN
- System-on-chip memory design for a domain-specific RISC-V processor
Alana özgü RISC-V işlemcisi için Çip-Üstü-Sistem'de bellek tasarımı
UTKU GÜLGEÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZCAN ÖZTÜRK