Методические указания к практическим (лабораторным) работам Екатеринбург 2003




НазваниеМетодические указания к практическим (лабораторным) работам Екатеринбург 2003
страница1/5
Дата11.11.2012
Размер0.75 Mb.
ТипМетодические указания
  1   2   3   4   5
Министерство образования Российской Федерации


ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ НА ПЛИС


Методические указания к практическим (лабораторным) работам


Екатеринбург 2003


Содержание


Список сокращений, условных обозначений и терминов

Введение

  1. Обзор существующих пакетов проектирования ЦУ на ПЛИС

    1. Программные средства фирмы Xilinx

    2. Моделирование цифровых устройств и разработка ПЛИС в системе OrCAD

    3. Системы разработки фирмы Altera

  2. Система проектирования цифровых устройств на ПЛИС MAX+PLUS II

    1. Описание основных функций и принципов работы с САПР MAX+PLUS II

    2. Лабораторная работа №1. Графический ввод схемы устройства и функциональная симуляция с использованием САПР MAX+PLUS II

      1. Запуск системы MAX+PLUS II

      2. Создание нового проекта

      3. Проектирование цифрового устройства

      4. Создание элемента в MegaWizard Plug-In Manager

      5. Создание исходных данных для проектирования устройства

      6. Компиляция проекта

      7. Верификация проекта

      8. Задание для самостоятельной разработки

    3. Лабораторная работа №2. Описание цифровых схем на языке AHDL

      1. Общие сведения о языке описания аппаратуры AHDL

      2. Элементы языка AHDL

      3. Управление синтезом

      4. Использование чисел и констант в языке AHDL

      5. Комбинационная логика

      6. Описание цифровой схемы на языке AHDL

      7. Задание для самостоятельной разработки



Список сокращений, условных обозначений и терминов


MAX+plus – Multiple Array MatriX Programmable Logic User System (Пользовательская система программирования логики упорядоченных структур)

AHDL – Altera Hardware Description Language (Язык описания аппаратуры Altera)

VHDL – Very High Speed Integrated Circuit (VHSIC) Hardware Description Language (язык описания аппаратуры сверхвысокоскоростных интегральных схем)

ПЛИС – программируемая логическая интегральная схема

ПЗУ – постоянное запоминающее устройство

ОЗУ – оперативное запоминающее устройство

ДОС – дисковая операционная система


Введение

Прогресс микроэлектроники привёл к созданию программируемых пользователем логических интегральных схем (ПЛИС) с очень высокой степенью интеграции, применение которых, совместно с использованием современных микропроцессоров и микроконтроллеров, позволяет в короткие сроки выполнить разработку и начать производство электронной аппаратуры нового поколения.

Развитие ПЛИС существенно изменило задачи и возможности проектировщиков цифровой аппаратуры. Проектирование сложных цифровых устройств на классической базе — наборе простейших вентилей и триггеров, сохранилось только при реализации изделий в виде заказных микросхем, изготавливаемых на основе базовых матричных кристаллов или создаваемых из стандартных ячеек. Разработка таких устройств выполняется с помощью дорогостоящих систем автоматизированного проектирования (САПР СБИС), применение которых обеспечивает эффект в случае создания высокосложных изделий массового применения — микропроцессоров, микроконтроллеров, стандартных интерфейсных устройств и узлов телекоммуникационного оборудования. Для большинства электронных изделий малой и средней серийности наиболее перспективной является их реализация на базе ПЛИС, которые освободили проектировщиков от необходимости сборки разрабатываемых устройств из отдельных микросхем малой и средней степени интеграции (монтаж из “россыпи”). Можно с уверенностью сказать, что эффективное использование ПЛИС при разработке широкой номенклатуры цифровых устройств является непременным условием для достижения успеха в создании современной электронной аппаратуры.

Применение ПЛИС требует новых знаний и навыков от специалистов промышленности, а следовательно, и от преподавателей технических университетов и студентов. Новой становится технология проектирования цифровых устройств, центральное место в ней занимает описание проекта на языках высокого уровня типа HDL (Hardware Description Language), например, AHDL, VHDL и VerilogHDL. Процесс проектирования стал замкнутым в рамках одного класса инструментальных средств, поскольку появилась возможность исследовать проект с использованием редактора конфигурации микросхемы, функционального симулятора и временного анализатора.

Одним из наиболее известных производителей ПЛИС является фирма Altera. В качестве средства автоматизации проектирования устройств на основе собственных

микросхем фирма Altera разработала систему MAX+plusII. Её продукция стала одним из стандартов “де-факто”, отличающимся высоким уровнем при невысокой цене микросхем ПЛИС и скромных требованиях к инструментальному компьютеру (достаточно PC типа 486-DX4 с оперативной памятью от 16 Мбайт).


1 Обзор существующих пакетов проектирования ЦУ на ПЛИС


    1. Программные средства фирмы Xilinx


Компания XILINX начала выпуск программируемых вентильных матриц Field Programmable Gate Arrays (FPGA), с возможностью конфигурирования через Internet непосредственно в системе. Архитектура, названная, Internet Reconfigurable Logic (IRL), позволяет при необходимости дистанционно менять конфигурацию и принцип действия пользовательских сетевых устройств.

В основе архитектуры лежит подход, дающий возможность загружать прикладные программы на основе языка Java и с их помощью воздействовать на аппаратные средства. В результате, логическая схема сетевого оборудования, реализованного на вентильных матрицах компании XILINX, известных как Virtex, может быть неоднократно изменена для обеспечения новых функций локальных и глобальных сетей.

Считается, что технологии IRL станут базисом для построения продуктов, которые будут иметь возможность удалённого обновления не только программного, но и аппаратного обеспечения на стороне клиента.

Можно отметить, что компания XILINX уже получила большое признание за счёт применения идеи реконфигурирования логических схем на базе программируемых вентильных матриц в автономных изделиях, таких как оборудование для микширования и монтажа цифрового звука, а также в некоторых сетевых устройствах, таких как маршрутизаторы. Сейчас компания прилагает усилия, чтобы победить в борьбе за применение концепции удалённого реконфигурирования для принципиально разных приложений, например, для систем кабельного и сетевого телевидения, персональных и сетевых компьютеров, мобильных телефонов и видеофонов, интегрированных систем безопасности и систем управления производственными процессами, так как рано или поздно все они будут объединены в сети различной степени интеграции, в том числе и Internet.

В целях получения дополнительного содействия фирма XILINX заключила договоры о партнёрстве с компаниями SUN MICROSYSTEMS, SIEMENS AG, с разработчиком систем электронного проектирования (EDA) SYNPLICITY (Саннивейл, штат Калифорния), поставщиком перепрограммируемых плат ANNAPOLIS MICROSYSTEMS (Аннаполис, штат Мэриленд), а также заручилась поддержкой IBM и COMPAQ.

По мнению представителей компании XILINX, для разработки продуктов на основе архитектуры IRL необходимо применение и развитие трёх современных технологий: всеохватывающего объединения в сети, языка Java и частично переконфигурируемых матриц Virtex. Архитектура Virtex уже сейчас позволяет разрабатывать устройства с количеством вентилей до миллиона и может включать в себя аппаратную реализацию интерпретатора Java–программ Java Virtual Machine.

Компания XILINX представляет два новых инструментальных пакета для проектирования систем по технологии IRL. Пакет JBits предназначен для создания специальных аплетов на языке Java, которые могли бы использоваться для модификации аппаратных средств компьютера через Internet. Другой пакет ChipScope представляет собой платформонезависимый интерактивный отладчик, реализованный на языке Java и дающий возможность разработчикам проверять функционирование схем на базе FPGA компании XILINX через канал Internet.

Пакет JBits представляет собой набор программных средств на основе языка Java, позволяющий разработчикам записывать информацию непосредственно в FPGA производства XILINX. JBits передаёт в FPGA последовательные данные, которые частично или полностью видоизменяют логическую схему устройства, реализованную на базе вентильных матриц. Кроме того, пакет JBits имеет возможность формирования синхроимпульсов и, тем самым, обеспечивает интеграцию программируемых матриц Virtex с другими цифровыми устройствами, такими как встраиваемые микропроцессоры или периферийное оборудование. Аплеты JBits используют интерфейс прикладного программирования Java для системы Boundary Scan компании XILINX.

Второй пакет, предлагаемый компанией XILINX, ChipScope позволяет отслеживать внутреннее состояние системы из нескольких матриц FPGA, контролировать форму и уровни сигналов, а также состояние многоразрядных шин данных. Пакет может использоваться для удалённой отладки оборудования систем IRL или для соразработки автономных систем или отдельных кристаллов через Internet различными рабочими группами.

Продукты JBits и ChipScope представляют собой новые системы электронного проектирования, развивающиеся в рамках инициативы Silicon Xpresso компании XILINX.

1.2 Моделирование цифровых устройств и разработка ПЛИС в

системе OrCAD


В версиях OrCAD 7.x в модель OrCAD Express входил редактор проектов Capture и программы синтеза ПЛИС и моделирования цифровых устройств. Начиная с версии OrCAD 9.0 модуль OrCAD Capture поставляется отдельно, обеспечивая создание всех типов проектов с помощью принципиальных схем и/или текстового VHDL-описания. Команды синтеза ПЛИС вызываются из менеджера проектов модуля OrCAD Capture. Программа моделирования цифровых устройств реализована в виде программы Simulate.exe.

ПЛИС типа CPLD и FPGA фирм Actel, Altera, Lattice, Lucent, Philips, Vantis, Xilinx и др. (таблица 1) синтезируется с помощью соответствующих программ типа MAX + Plus фирм, производящих ПЛИС, которые не входят в состав OrCAD Express и поставляются отдельно. С помощью OrCAD Capture можно лишь составить схемное или текстовое описание проекта (с помощью библиотек *.olb, *.vhd), а с помощью OrCAD Express выполняется лишь подготовка к синтезу ПЛИС и производится обмен данными со специализированными программами синтеза.

Самостоятельно с помощью OrCAD Express выполняется синтез лишь простых ПЛИС (Simple PLD, SPLD). По терминологии OrCAD Express к простым относятся ПЛИС типа EP1800, EP180C, EP1830, EP310, EP910C, GAL16V8, PAL10H8,PAL20x8C, PEEL22CV10z, PHD48N22, PROM8KB8.

Существуют две версии программы: OrCAD Express Plus и OrCAD Express.

Версия OrCAD Express Plus по сравнению с OrCAD Express обеспечивает возможность синтеза ПЛИС с учётом временных ограничений (timing-driven synthesis option) и имеет более широкую номенклатуру ПЛИС (ORCA 3C фирмы Lucent Semiconductor и Xilinx SPARTAN фирмы Xilinx). Кроме того, Express Plus обеспечивает дополнительные возможности синтеза ПЛИС (Register Transfer Level, RTL), используемых при синтезе сложных FPGA, содержащих более 100 тысяч вентилей.

Компиляция описания ПЛИС в OrCAD состоит из двух процессов: синтеза и оптимизации.

Процедура логического синтеза заключается в составлении списка соединений проекта на основании составленной принципиальной схемы и VHDL-описаний. Этот список соединений затем передаётся в программы размещения и трассировки кристалла ПЛИС. Процедура оптимизации заключается в преобразовании списка соединений для

упрощения его физической реализации в виде ПЛИС выбранного типа с учётом ряда ограничений, задаваемых пользователем.


Таблица 1.1 – Перечень ПЛИС

Семейство ПЛИС

Фирма-производитель

Название пакета программ для разработки ПЛИС

1

2
3

ACT1

Actel
Actel Designer Series

ACT2

ACT3

1200XL

3200DX

40MX

42MX

54SX

MAX5

Altera

MAX+Plus II

MAX7

MAX9

FLEX6

FLEX8

FLEX10

ispLSI

Lattice

Lattice pDS+

ORCA2 или 2A

Lucent

Lucent ORCA Foundry

ORCA 3C/3T

XPLA

Philips

Philips XPLA

MACH

Vantis

Vantis MACH-XL

Продолжение таблицы 1.1

1

2

3

XC3x00A/L

Xilinx M1

XACTStep Series

XC4000E

XC4000EX

XC4000XL

XC5200

XC9500

Spartan

SpartanXL

Virtex

XC3000

Xilinx-XACT5

XACTStep Series

XC4000

XC4000E

XC5200

XC7200

XC7300

XC900

GAL/PAL/PROM

Простые ПЛИС

OrCAD Express
  1   2   3   4   5

Похожие:

Методические указания к практическим (лабораторным) работам Екатеринбург 2003 iconМетодические указания по лабораторным работам Факультет: электроэнергетический
Моделирование: методические указания по лабораторным работам. Вологда: Вогту, 2003. 35 с
Методические указания к практическим (лабораторным) работам Екатеринбург 2003 iconМетодические указания к лабораторным работам по дисциплине «Механика грунтов»
Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Механика грунтов»/ Юж. Рос гос техн ун-т Новочеркасск: юргту, 2003. 28...
Методические указания к практическим (лабораторным) работам Екатеринбург 2003 iconМетодические указания к лабораторным работам
Методы оптимизации: Метод указания к лабораторным работам / Сост. П. В. Желтов и др.; Чуваш ун-т. Чебоксары, 2006. 24 с
Методические указания к практическим (лабораторным) работам Екатеринбург 2003 iconМетодические указания к лабораторным работам
Методические указания к лабораторным работам разработан на основании рабочей программы дисциплины
Методические указания к практическим (лабораторным) работам Екатеринбург 2003 icon«Ярославский автомеханический техникум» инструкции к практическим и лабораторным работам
Инструкции к практическим и лабораторным работам. Учебная дисциплина «Охрана труда» – Ярославль: Информационный центр, 2010. – 22...
Методические указания к практическим (лабораторным) работам Екатеринбург 2003 icon«Ярославский автомеханический техникум» инструкции к практическим и лабораторным работам
Инструкции к практическим и лабораторным работам. Учебная дисциплина «Охрана труда» – Ярославль: Информационный центр, 2010. – 22...
Методические указания к практическим (лабораторным) работам Екатеринбург 2003 iconМетодические указания к лабораторным работам по курсу
Методические указания к лабораторным работам по курсу "Internet технологии" для студентов специальности Т. 10. 01. 00 "Автоматизированные...
Методические указания к практическим (лабораторным) работам Екатеринбург 2003 iconМетодические указания к лабораторным работам «спектральный анализ»
Методические указания к лабораторным работам «спектральный анализ» по спецкурсу «оптические методы анализа» для студентов 4 курса...
Методические указания к практическим (лабораторным) работам Екатеринбург 2003 iconМетодические указания к лабораторным работам Муром 2005
Середа С. Н. Представление знаний в информационных системах. Логическое программирование/ Методические указания к лабораторным работам....
Методические указания к практическим (лабораторным) работам Екатеринбург 2003 iconМетодические указания к лабораторным работам. Большаков А. А., Саратов, 2006. Паскаль: модули, стандартный модуль crt // Методические указания к лабораторным работам. Большаков А. А., Саратов, 2006. Программа для построения графиков. По «Корпус»
...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница