Araştırma Makalesi

FPGA prototipleme: RISC-V tabanlı SoC için çip üstü hata ayıklama modülü ve Raspberry Pi ile OpenOCD JTAG üzerinden test süreçleri

Cilt: 31 Sayı: 7 15 Aralık 2025
PDF İndir
TR EN

FPGA prototipleme: RISC-V tabanlı SoC için çip üstü hata ayıklama modülü ve Raspberry Pi ile OpenOCD JTAG üzerinden test süreçleri

Öz

Bu çalışma, RISC-V tabanlı bir System-on-Chip (SoC) tasarımının FPGA üzerinde prototipleme sürecini ve bu süreçte entegre edilen çip üstü hata ayıklama modülünü ele almaktadır. FPGA prototipleme, sayısal tasarımların donanım seviyesinde değerlendirilmesi amacıyla FPGA üzerinde uygulanması ve test edilmesi sürecidir. Çalışmada, Raspberry Pi ve OpenOCD kullanılarak JTAG aracılığıyla gerçekleştirilen hata ayıklama işlemleri, SoC'nin çeşitli fonksiyonlarını ve performansını etkin bir şekilde test etmek için kritik bir adım olarak vurgulanmaktadır. Bu yaklaşım, geliştirme sürecinde maliyetleri düşürmeye ve pazara sunma süresini kısaltmaya katkıda bulunurken, tasarımın son silikon versiyonuna geçişte karşılaşılacak riskleri azaltmaktadır. SoC tasarımı, FPGA üzerinde çalıştırılarak fonksiyonel doğrulama kapsamında çeşitli testlere tabi tutulmuş ve başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Fonksiyonel doğrulama, bir sayısal tasarımın beklenen davranışları sergileyip sergilemediğini kontrol etmek için uygulanan kritik bir test aşamasıdır. Kayan nokta birimi testi kapsamında sinüs fonksiyonu uygulanarak sinüs değerleri hesaplanmış ve birimin doğru çalıştığı doğrulanmıştır. I2C çevre birimi testinde, bir sensör bağlanarak sensörden elde edilen verilerin doğru şekilde alındığı ve işlendiği tespit edilmiştir. Bit manipulation testi, RISC-V bit manipülasyon komutlarının doğru çalıştığını göstermiştir. FreeRTOS uygulamasında, görev zamanlaması, kesmeler ve kaynak yönetimi başarıyla gerçekleştirilmiş ve sistemin çoklu görev yürütme sırasında hatasız çalıştığı doğrulanmıştır. Atomik işlemler ile CSR (Control and Status Registers) birimlerinin doğru işleyişi değerlendirilmiş ve beklendiği gibi çalıştığı doğrulanmıştır. Bunun yanı sıra, işlemcinin performansı CoreMark ve Dhrystone kıyaslamaları kullanılarak değerlendirilmiştir. CoreMark testinde işlemci, 41.97 iterasyon/saniye (600 iterasyon) skoruna ulaşmış ve CoreMark/MHz değeri 2.51 olarak hesaplanmıştır. Dhrystone kıyaslamasında ise işlemci, 70,582 Dhrystone/saniye performans sergilemiştir. Her bir bileşenin implementasyonu ve ilgili test tezgâhları Verilog HDL ile yazılmış olup, tasarım Terasic De10-Lite FPGA üzerinde uygulanmıştır.

Anahtar Kelimeler

Kaynakça

  1. [1] Farooq U, Mehrez H. “Pre-Silicon verification using multi-FPGA platforms: a review”. Journal of Electron Testing, 37(1), 7–24, 2021.
  2. [2] Korkmaz N. “Fitzhugh-Nagumo nöron modelinin rotasyon-geçiş prosedürü ve donanım doğrulaması”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 24(3), 316–323, 2024.
  3. [3] Zang Z, Liu Y, Cheung RCC. “Reconfigurable RISC-V secure processor and SoC integration”. 2019 IEEE International Conference on Industrial Technology (ICIT), Melbourne, Australia, 13–15 February 2019.
  4. [4] University of California, Berkeley. “RISC-V Project”. https://riscv.org/about/history/ (07.01.2024).
  5. [5] Cui E, Li T, Wei Q. “RISC-V ınstruction set architecture extensions: a survey”. IEEE Access, 11, 24696–24711, 2023.
  6. [6] RISC-V Foundation. “RISC-V ISA Manual”. https://github.com/riscv/riscv-isa-manual (12.01.2025).
  7. [7] Singh A, Kumar A, Singh A, Anirudh R, Pushpalatha KN. “Design and implementation of RISC-V ISA (RV32IM) on FPGA”. International Journal of VLSI & Signal Processing, 10, 17–21, 2023.
  8. [8] Wang X, Zhou L, Li Y, Zhang P, Lin H, Xu J. “xBGAS: a global address space extension on RISC-V for high performance computing”. 2021 IEEE International Parallel and Distributed Processing Symposium (IPDPS), Portland, OR, USA, 28 June 2021.

Ayrıntılar

Birincil Dil

Türkçe

Konular

Elektrik Mühendisliği (Diğer)

Bölüm

Araştırma Makalesi

Yazarlar

Sezen Bal *
Türkiye

Eren Kale
Türkiye

Eray Kayailli Bu kişi benim
Türkiye

Armağan Bi
Türkiye

Erken Görünüm Tarihi

2 Kasım 2025

Yayımlanma Tarihi

15 Aralık 2025

Gönderilme Tarihi

6 Aralık 2024

Kabul Tarihi

2 Mayıs 2025

Yayımlandığı Sayı

Yıl 2025 Cilt: 31 Sayı: 7

Kaynak Göster

APA
Bal, S., Korkmaz, H., Biçer, D., Bayar, C. A., Kale, E., Kayailli, E., & Bi, A. (2025). FPGA prototipleme: RISC-V tabanlı SoC için çip üstü hata ayıklama modülü ve Raspberry Pi ile OpenOCD JTAG üzerinden test süreçleri. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 31(7), 1299-1306. https://doi.org/10.5505/pajes.2025.95694
AMA
1.Bal S, Korkmaz H, Biçer D, vd. FPGA prototipleme: RISC-V tabanlı SoC için çip üstü hata ayıklama modülü ve Raspberry Pi ile OpenOCD JTAG üzerinden test süreçleri. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2025;31(7):1299-1306. doi:10.5505/pajes.2025.95694
Chicago
Bal, Sezen, Hayriye Korkmaz, Doğukan Biçer, vd. 2025. “FPGA prototipleme: RISC-V tabanlı SoC için çip üstü hata ayıklama modülü ve Raspberry Pi ile OpenOCD JTAG üzerinden test süreçleri”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 31 (7): 1299-1306. https://doi.org/10.5505/pajes.2025.95694.
EndNote
Bal S, Korkmaz H, Biçer D, Bayar CA, Kale E, Kayailli E, Bi A (01 Aralık 2025) FPGA prototipleme: RISC-V tabanlı SoC için çip üstü hata ayıklama modülü ve Raspberry Pi ile OpenOCD JTAG üzerinden test süreçleri. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 31 7 1299–1306.
IEEE
[1]S. Bal vd., “FPGA prototipleme: RISC-V tabanlı SoC için çip üstü hata ayıklama modülü ve Raspberry Pi ile OpenOCD JTAG üzerinden test süreçleri”, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, c. 31, sy 7, ss. 1299–1306, Ara. 2025, doi: 10.5505/pajes.2025.95694.
ISNAD
Bal, Sezen - Korkmaz, Hayriye - Biçer, Doğukan - Bayar, Celal Alperen - Kale, Eren - Kayailli, Eray - Bi, Armağan. “FPGA prototipleme: RISC-V tabanlı SoC için çip üstü hata ayıklama modülü ve Raspberry Pi ile OpenOCD JTAG üzerinden test süreçleri”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 31/7 (01 Aralık 2025): 1299-1306. https://doi.org/10.5505/pajes.2025.95694.
JAMA
1.Bal S, Korkmaz H, Biçer D, Bayar CA, Kale E, Kayailli E, Bi A. FPGA prototipleme: RISC-V tabanlı SoC için çip üstü hata ayıklama modülü ve Raspberry Pi ile OpenOCD JTAG üzerinden test süreçleri. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2025;31:1299–1306.
MLA
Bal, Sezen, vd. “FPGA prototipleme: RISC-V tabanlı SoC için çip üstü hata ayıklama modülü ve Raspberry Pi ile OpenOCD JTAG üzerinden test süreçleri”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, c. 31, sy 7, Aralık 2025, ss. 1299-06, doi:10.5505/pajes.2025.95694.
Vancouver
1.Sezen Bal, Hayriye Korkmaz, Doğukan Biçer, Celal Alperen Bayar, Eren Kale, Eray Kayailli, Armağan Bi. FPGA prototipleme: RISC-V tabanlı SoC için çip üstü hata ayıklama modülü ve Raspberry Pi ile OpenOCD JTAG üzerinden test süreçleri. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 01 Aralık 2025;31(7):1299-306. doi:10.5505/pajes.2025.95694