一种基于FPGA的栈空间管理器的研究和设计

　　
　　在地址产生逻辑设计时，先对堆栈地址寄存器组赋初值，该模拟系统管理8个任务，有9个堆栈地址寄存器，分别为8个任务堆栈地址寄存器和1个中断嵌套栈堆栈地址寄存器。
　　
　　当任务优先级Prio信号和中断使能int_en信号同时驱动多路选择器时，堆栈地址指针SP从堆栈地址寄存器组中选择存放在Pregx中的当前任务的地址，在设计的栈空间管理器中，SP指向栈空间的下一个存储单元的地址。如果入栈控制信号有效，则SP作为栈空间的寻址地址，写入数据，SP加1；如果出栈控制信号有效，则SP减1，改变后的SP值作为栈空间的寻址地址，读出数据。操作完成后，改变后的SP值写回到对应的堆栈地址寄存器组Pregx中。
　　
　　4仿真结果分析
　　
　　本栈空间管理器容量为10KB，宽度为16bit。在ISE8.2i开发软件中进行了综合和仿真，设计中使用了294个Slices芯片、396个触发器芯片、274个inputLUTs、60个boundedIOBs、1个块BRAMs。
　　
　　仿真时，输入十进制数的数据，图6为系统时序仿真波形图。

　　
　　(1)当INT无效时，即系统中不存在中断或中断嵌套。在push有效的情况下，置prio信号值为2，data_in信号值分别为32768、57908。仿真时，输出结果为：used信号值分别为1、2，而ostcbstkptr信号值分别为128、129；同理，在pop有效情况下，置prio信号值为2，观察仿真结果为：dout_out信号值分别为32768、57908，used的信号值分别为1、0，ostcbstkptr信号值分别为129、128。由此可得，在无中断处理的条件下，根据任务的优先级prio，按LIFO原则在任务栈中写入和读出数据，并且每次的有效操作同时修改当前任务的used和ostcbstkptr信号值。
　　
　　(2)当INT有效时，即系统中产生中断或存在中断嵌套。在push有效的情况下，置prio信号值为6及data_in信号值为8192，观察仿真结果为：used信号值依次为1、2、3、4，ostcbstkptr信号值依次为576、577、578、579；同理，在pop有效情况下，置prio为6，此时的仿真结果：data_out信号值为8192，used信号值依次输出4、3、2、1，ostcbstkptr信号值依次输出579、578、577、576。由此可得，当系统中产生中断或存在中断嵌套，按LIFO原则在中断嵌套栈中写入和读出数据，并且每次有效操作同时修改中断嵌套栈的used和ostcbstkptr的值。