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FPGA 기반 Nibble-oriented CPU 및 Microcode 설계 통한 공학용 계산기 구현
I designed a nibble-oriented CPU in Verilog to build a scientific calculator
AI 요약
Context
범용 CPU가 아닌 특정 목적의 계산 기능을 수행하기 위한 하드웨어 가속 구조 필요. FPGA 환경에서 효율적인 연산 처리를 위해 최적화된 Soft CPU 설계가 요구되는 상황.
Technical Solution
- Verilog를 이용한 Nibble-oriented CPU 아키텍처 설계를 통한 데이터 처리 단위 최적화
- Microcode Firmware 도입을 통한 하드웨어 제어 유연성 및 명령어 실행 효율 확보
- ALU, I/O 모듈의 모듈화 설계를 통한 기능적 독립성 및 확장성 구현
- Verilator 기반의 Qt 시뮬레이터 구축으로 하드웨어 합성 전 로직 검증 주기 단축
- BCD Arithmetic Golden Reference를 활용한 하드웨어 연산 결과의 정밀도 검증
- State Machine 기반의 입력 처리 로직 설계를 통한 사용자 인터렉션 안정성 확보
실천 포인트
1. 하드웨어 설계 시 Verilator와 같은 고속 시뮬레이터를 도입하여 검증 사이클을 단축할 것
2. 복잡한 연산 로직은 Golden Reference 모델을 먼저 구축하여 정답 셋을 확보할 것
3. 제어 로직의 변경이 잦은 경우 Hard-wired 방식보다 Microcode 방식을 검토할 것