T.E.R.M

Die Tofahrn Educational RISC Machine ist eine voll funktionsfähige 16-Bit-CPU mit 4 MIPS, von der die meisten Komponenten wie die Register, Stackpointer und Programmzähler mit Standard-Logikchips realisiert sind. Dies ermöglicht den Anschluss von mehr als 300 LEDs (314 um genau zu sein) an die meisten Daten- und Steuerleitungen, was die Visualisierung interner Datenflüsse und Prozesse erleichtert.

Die arithmetische Logik-Einheit (ALU) und die Steuerungslogik wurden bewusst in zwei FPGAs platziert, um die Implementierung unterschiedlicher CPU-Architekturen zu ermöglichen. Die aktuelle Implementierung realisiert eine 16-Bit-RISC-CPU mit konstanten vier Taktzyklen pro Befehl (inklusive Sprung-, Aufruf-, Ret- und Speicherzugriffe), was zu konstanten 4 MIPS (Systemtakt bei 16 MHz) führt.

Das Board ähnelt einer Von Neumann-Architektur und ist mit einem unsegmentierten 64k x16 SRAM für Code und Daten ausgestattet.

Für den Anschluss weiterer Komponenten steht zusätzlich ein 16-Bit-IO-Stecker mit separatem 8-Bit-IO-Adressraum zur Verfügung. Diese Verbindung ist asynchron und kann die Haupt-CPU anhalten, um IO-Zyklen nach Bedarf zu verlangsamen.

Da die Verarbeitung bei 4 MIPS viel zu schnell ist, um internen Prozessen zu folgen, kann der Ausführungsmodus jederzeit auf Einzelschritt oder sogar Mikroschritt umgeschaltet werden, um dem Datenfluss Instruktion für Instruktion oder Zyklus für Zyklus wirklich zu folgen. Zusätzlich gibt es einen manuellen Modus, der den CPU-Befehls-Fetch auf vier Hex-Decoder umleitet, so dass erste Experimente durchgeführt werden können, ohne dass eine Zeile Code geschrieben werden muss.

Eine vollständige Toolchain inklusive C/C++-Compiler ist geplant, stellt aber derzeit nur einen (recht leistungsfähigen) Assembler zur Verfügung.

Das gesamte Projekt ist auf die Ausbildung von Schülern und Studenten ausgerichtet und soll letztlich eine offene Plattform sein. Der aktuelle Stand kann als erfolgreicher Nachweis des Konzeptes mit der Produktion erster Vorserienplatinen angesehen werden.

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