Publication: Development of advanced microcontroller bus architecture multiprocessor interface implemented in FGPA for high-speed and low-power consumption processor
| cris.virtual.department | #PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE# | |
| cris.virtual.orcid | #PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE# | |
| cris.virtualsource.department | c1537316-6e7a-4902-8d73-fd80cace6e0c | |
| cris.virtualsource.orcid | c1537316-6e7a-4902-8d73-fd80cace6e0c | |
| dc.contributor.author | Rokon, Mohammed Iqbalur Rahman | |
| dc.contributor.supervisor | S. M. A. Motakabber | |
| dc.contributor.supervisor | AHM Zahirul Alam | |
| dc.contributor.supervisor | Mohamed Hadi Habaebi | |
| dc.contributor.supervisor | Mohammad Abdul Matin | |
| dc.date.accessioned | 2025-09-18T04:11:47Z | |
| dc.date.available | 2025-09-18T04:11:47Z | |
| dc.date.issued | 2025 | |
| dc.description.abstract | Due to urgent needs in daily life, our demand for highly complex and sophisticated automatic control systems is becoming inevitable. That was not possible before the advancement of digital and chip technology. However, nowadays, an Application Specific Integrated Circuit (ASIC) and the System-on-Chip (SoC) have made it much easier to build and control what are usually sophisticated and highly complex systems. ASIC and SoC comprise Very Large-Scale Integrated Circuit (VLSI) chips managed by a digital processor to convert application requirements into hardware operations. However, System-on-Chip (SoC) design faces several major challenges, with power consumption, design verification, and time-to-market pressure among the most pressing. Other key concerns include the growing complexity of designs and the need to effectively manage power delivery. The processor uses a hardware block that provides an interface to access targeted areas within the system using a dedicated bus protocol. Chip complexity, processing speed, power consumption, and chip size issues multiply when meeting these demands. Therefore, a single processor is insufficient for fast and more complex system applications. As a result, a new approach to multiprocessor access systems has emerged in chip manufacturing industries, solving these problems. The actual collective solutions are challenging for researchers and engineers. This research proposes and develops an efficient multiprocessor interface with a sophisticated arbitration scheme to address multiple processor access with higher speed, lower power and lower area to support efficient access by several processors in a system. Instead of typically using one type of arbitration for different processors, this research developed a dual-mode arbitration scheme for multiprocessor access to the system chip to support a broader range of system requirements. This dual-mode arbitration scheme manages access to shared resources such as the bus or memory in a system. Considering the design and fabrication complexity of multiprocessor interface hardware development, this study adopts a hierarchical development approach using the industry-standard Advanced Microcontroller BUS Architecture (AMBA) bus protocol, which is a highly accepted processing technique in the high-tech chip manufacturing industry. The research work is hardware modeled using the Verilog Hardware Description Language (HDL), and its performance is verified using Cadence and the ModelSim simulators; these tools offer comprehensive simulation and verification capabilities, reducing the need for costly physical prototypes and accelerating the design process. It is synthesized and implemented hardware using the Xilinx Synthesis Tool (XST), Electronic Design Automation (EDA) tool suite and Field Programmable Gate Array (FPGA) devices, a widely accepted alternative to synthesizing via custom fabrication in a foundry using Cadence synthesis tools and hardware implementations. Emulation, synthesis, hardware verification, and simulation clearly show that the design hardware achieves a 120% faster, 80% lower power, and 70% less area-efficient interface for multiprocessor access with an intelligent arbitration system. Therefore, for better throughput and faster data transfer, the results of this study can provide a smart solution of an integrated system for bulk data transfer that can be modeled as separate hardware for future work that can be combined or used as a separate intellectual property (IP), or can be done by a Macroblock in the hardware systems. These will encourage future researchers and entrepreneurs in the VLSI chip manufacturing industry. | |
| dc.description.abstractarabic | نظراً للاحتياجات الملحّة في الحياة اليومية، فإن طلبنا على أنظمة التحكم الأوتوماتيكية المعقدة والمتطورة للغاية أصبح أمراً لا مفر منه، ولم يكن ذلك ممكناً قبل التقدم في مجال التكنولوجيا الرقمية وتكنولوجيا الرقائق. ولكن، في الوقت الحاضر، ساهمت الدائرة المتكاملة مخصصة التطبيق (ASIC) والمتحكمات المصغرة (SoC) في تسهيل عملية بناء الأنظمة والتحكم فيها، وخاصة التي تكون متطورة ومعقدة للغاية. تتضمّن (ASIC) و (SoC) رقائق (VLSI) التي يتحكم بها معالج رقمي لتحويل متطلبات التطبيق إلى عمليات حسية في الأجهزة الإلكترونية. يستخدم المعالج وحدة إلكترونية توفر واجهة للوصول إلى المناطق المستهدفة داخل النظام باستخدام بروتوكول ناقل مخصص. إنّ مشكلات تعقيد الشريحة وسرعة المعالجة واستهلاك الطاقة وحجم الشريحة تتضاعف عند تلبية المتطلبات المذكورة آنفاً، لذلك، فإنّ معالجاً واحداً غير كاف لتطبيقات الأنظمة السريعة والأكثر تعقيداً. ونتيجة لذلك، ظهرت طريقة جديدة لأنظمة الوصول إلى المعالجات المتعددة في مسابك تصنيع الرقائق عالية التقنية، مما أدى إلى حل هذه المشكلات. وتمثل الحلول المتكاملة الفعلية تحدياً للباحثين والمهندسين. يقترح هذا البحث ويطور واجهة فعالة متعددة المعالجات مع نظام تحكيم متطور للتعامل مع قابلية الوصول للمعالجات المتعددة بسرعة أعلى وطاقة أقل ومساحة منخفضة لدعم وصول فعال من قبل العديد من المعالجات في النظام. بدلاً من استخدام نوع واحد من التحكيم لمعالجات مختلفة، طوّر هذا البحث نظام تحكيم ثنائي لقابلية وصول المعالجات المتعددة إلى رقاقة النظام لدعم نطاق أوسع من متطلبات النظام. بالنظر إلى تعقيد التصميم والتصنيع لتطوير أجهزة الواجهة متعددة المعالجات، تتبنى هذه الدراسة طريقة تطوير هرمي باستخدام بروتوكول ناقل (AMBA) المتوافق مع معايير الصناعة، وهو تقنية معالجة مقبولة للغاية في مجال تصنيع الرقائق عالية التقنية. العمل المقترح في هذا البحث عبارة عن أجهزة مصممة باستخدام (Verilog HDL)، ويتم التحقق من أدائها باستخدام محاكيات (Cadence) و(ModelSim)؛ تم تصنيع الأجهزة وتنفيذها باستخدام مجموعة أدوات (Xilinx XST EDA) وأجهزة (FPGA)، وهو بديل مقبول على نطاق واسع للتوليف عبر التصنيع المخصص في مسبك باستخدام أدوات تجميع وتطبيقات الأجهزة الخاصة بـ (Cadence). تُظهر المحاكاة والتجميع والتحقق من الأجهزة بوضوح أن أجهزة التصميم المقترحة تحقق واجهة أسرع بنسبة 120%، وطاقة أقل بنسبة 80%، وواجهة أقل في المساحة بنسبة 70% لقابلية الوصول للمعالجات المتعددة باستخدام نظام تحكيم ذكي. لذلك، من أجل إنتاجية أفضل ونقل أسرع للبيانات، يمكن لنتائج هذه الدراسة أن توفر حلاً ذكياً لنظام متكامل لنقل البيانات الضخمة، بحيث يمكن نمذجته كأجهزة منفصلة للعمل المستقبلي والتي يمكن دمجها أو استخدامها كملكية فكرية منفصلة، أو يمكن إجراؤه بواسطة Macroblock في أنظمة الأجهزة، ومن شأن ذلك أن يشجع الباحثين ورجال الأعمال المستقبليين في صناعة رقائق (VLSI). | |
| dc.description.callnumber | et TK 7895 E42 R74D 2025 | |
| dc.description.cpsemail | cps2u@iium.edu.my | |
| dc.description.degreelevel | Doctoral | |
| dc.description.email | iqbal.rokon@gmail.com | |
| dc.description.identifier | Thesis : Development of advanced microcontroller bus architecture multiprocessor interface implemented in FGPA for high-speed and low-power consumption processor / by Mohammed Iqbalur Rahman Rokon | |
| dc.description.identity | G1925313Mohammediqbalurrahmanrokon | |
| dc.description.kulliyah | Kulliyyah of Engineering (KOE) | |
| dc.description.nationality | BANGLADESH | |
| dc.description.notes | Thesis (Ph.D)--International Islamic University Malaysia, 2025. | |
| dc.description.physicaldescription | 1 online resource (xx, 195 leaves) ; color illustrations. | |
| dc.description.programme | Doctor of Philosophy in Engineering | |
| dc.identifier.uri | https://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/33216 | |
| dc.language.iso | en | |
| dc.publisher | Kuala Lumpur : Kulliyyah of Engineering, International Islamic University Malaysia, 2025 | |
| dc.rights | OWNED BY STUDENT | |
| dc.subject.lcsh | Systems on a chip -- Design and construction | |
| dc.subject.lcsh | Field programmable gate arrays | |
| dc.subject.lcsh | Embedded computer systems -- Design and construction | |
| dc.title | Development of advanced microcontroller bus architecture multiprocessor interface implemented in FGPA for high-speed and low-power consumption processor | |
| dc.type | Doctoral Theses | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| oairecerif.author.affiliation | #PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE# |
Files
Original bundle
1 - 1 of 1
Loading...
- Name:
- G1925313Mohammediqbalurrahmanrokon_SEC.pdf
- Size:
- 28.52 MB
- Format:
- Adobe Portable Document Format
- Description:
- Full text.