Verysimplecpu ve özelleştirilebilir çok çekirdekli mikrodenetleyicilerin sentezi

Bu tez çalışması, düşük maliyetli gömülü sistem uygulamalarına yönelik özelleştirilebilir çok çekirdekli mikrodenetleyicilerin (MCU'lar) sahada programlanabilir kapı dizileri (FPGA'ler) üzerinde tasarımı ve gerçeklenmesini önermektedir. Önermiş olduğumuz "C'den Çok Çekirdekli Mikrodenetleyici Sentezi" (MC2SC) metodolojisi, C programlarını girdi olarak alan ve ardından bunları derleyen, analiz eden, profillerini çıkaran ve çıktı olarak uygulamaya özel MCU'lar oluşturan bir tasarım akışı sağlar. Her bir MCU ayrı bir görev parçacığı kümesini diğerlerinden bağımsız olarak ve diğer görev parçacıklarından kaynaklı zaman kısıtları olmadan koşturabilir. Buna ek olarak, her bir MCU'nun kendine özel GPIO, I2C, SPI gibi çevre birimleri olabilir. Bu amaçla, basit, özelleştirilebilir ve Turing bütünlüğüne sahip olan VerySimpleCPU (VSCPU) adlı işlemciyi tasarladık ve temel mimarisini iki farklı komut kümesi mimarisi, bellek haritalı giriş/çıkış, paylaşılır bellek vb. işlevselliklerle genişlettik. Ayrıca, VSCPU için C derleyicisi, uygulama profilleyici, en kötü koşum süresi (WCET) analizcisi, çevirici (assembler) ve saat darbesi seviyesinde doğruluğa sahip benzetim aracını içeren bir araç kümesi (toolchain) geliştirdik. Bunlara ek olarak, uygulamanın uygulama profilleyici tarafından oluşturulan sistem profilini alarak uygulamaya özel donanımın RTL seviyesi tasarımını üreten donanım üretecini geliştirdik. Önermiş olduğumuz MC2SC metodolojisini beş farklı kullanım senaryosunda uygulayıp test ettik ve MC2SC metodolojisinin diğer donanım/yazılım (HW/SW) eş-tasarım ve eş-sentez tekniklerine alternatif olarak kullanılabileceğini gösterdik. VSCPU bilgisayar mimarisi eğitiminde de yararlı olduğunu kanıtladı. Bu sebeple, bu tez çalışması ayrıca bilgisayar mimarisi eğitiminde kritik öneme sahip konuların tartışıldığı bir araştırma çalışması içermektedir. Çalışmamızda bilgisayar mimarisi üzerine 25 farklı ders kitabı ve bilgisayar mimarisi eğitimi üzerine 38 makaleyi kapsayan bir araştırma yaptık ve bunları 18 kritik başlık açısından tetkik ettik. Bunlara ek olarak, bilgisayar mimarisini öğretmek için VSCPU'yu kullandığımız kendi yaklaşımımızı anlatıp sonuçlarımızı paylaştık.