RISC processor design on FPGA and BMS application

---

Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Elektrik-Elektronik Mühendisliği, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2025

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: POLATCAN POLAT

Danışman: Mustafa Gök

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

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.