Język opisu sprzętu VHDL

Transkrypt

1 Język opisu sprzętu VHDL dr inż. Adam Klimowicz Seminarium dydaktyczne Katedra Mediów Cyfrowych i Grafiki Komputerowej

2 Informacje ogólne Język opisu sprzętu VHDL Przedmiot obieralny dla studentów studiów pierwszego stopnia na kierunku Informatyka Proponowana realizacja w semestrze 5

3 Wymagania wstępne Znajomość zagadnień z dziedziny techniki cyfrowej Znajomość podstaw programowania

4 Efekty kształcenia Celem przedmiotu jest poznanie przez studentów: komputerowego projektowania układów cyfrowych zasad projektowania urządzeń cyfrowych elementów oraz składni języka VHDL teorii układów cyfrowych w rozszerzonym zakresie współczesnej bazy technologicznej systemów cyfrowych (układy CPLD/FPGA)

5 Efekty kształcenia Student po zakończeniu zajęć powinien umieć: zaprojektować układ o średniej złożoności według zadanej specyfikacji z wykorzystaniem języka VHDL wykorzystywać systemy do projektowania systemów cyfrowych na bazie logiki programowalnej (Quartus II)

6 Treść wykładu (1) Wprowadzenie do przedmiotu. Ogólny model systemu cyfrowego. Etapy projektowania systemów cyfrowych. Modele systemów cyfrowych. Model architektury, logiczny i geometrii. Model behawioralny, strukturalny i fizyczny. Podstawy języka VHDL. Zalety i wady wykorzystywania języka VHDL. Deklaracje jednostki projektowej i architektur. Przykład prostego projektu.

7 Treść wykładu (2) Typy i obiekty w języku VHDL. Stałe, zmienne oraz sygnały. Typy danych : skalarne i wektorowe. Atrybuty (interfejsów, architektur, typów i sygnałów). Tworzenie modelu behawioralnego i strukturalnego w języku VHDL. Instrukcje współbieżne i sekwencyjne języka VHDL. Projektowanie typowych kombinacyjnych układów logicznych z wykorzystaniem VHDL. Bramki logiczne, multipleksery, kodery, dekodery itp.

8 Treść wykładu (3) Projektowanie typowych sekwencyjnych układów logicznych z wykorzystaniem VHDL. Liczniki, rejestry itp. Projektowanie automatów skończonych z użyciem języka VHDL. Opis automatu Moore a. Opis automatu Mealy ego. Projektowanie układów złożonych w języku VHDL. Hierarchia w złożonych projektach. Biblioteki, pakiety i komponenty. Funkcje i procedury.

9 Treść wykładu (4) Testowanie i weryfikacja modeli systemów cyfrowych w VHDL. Różne podejścia do problemu tworzenia pobudzeń testujących. Przykłady złożonych projektów zrealizowanych za pomocą języka VHDL. Typowe błędy popełniane przy projektowaniu systemów cyfrowych w języku VHDL. Współczesna baza technologiczna systemów cyfrowych. Układy ASIC. Technologia projektowania systemów cyfrowych na bazie układów CPLD/FPGA. Realizacja systemów cyfrowych w układach logiki programowalnej.

10 Treść wykładu (5) Układy SPLD, struktury PAL, PLA. Układy CPLD. Architektura układów CPLD MAX II firmy Altera oraz XC9500 firmy Xilinx Układy FPGA, Układy FPGA z rodziny Cyclone firmy Altera oraz z rodziny Spartan firmy Xilinx. Banki złożonych bloków funkcjonalnych IP (Intellectual Property). Projektowanie systemów cyfrowych z wykorzystaniem IP. Podsumowanie wykładu.

11 Pracownia specjalistyczna sprzęt i oprogramowanie Oprogramowanie Quartus II firmy Altera Płytka prototypowa UP3 firmy Altera

12 Pracownia specjalistyczna (1) Zapoznanie się z systemem Quatrus II oraz płytą prototypową UP3. Realizacja przykładowego projektu. (2h) Realizacja układów za pomocą edytora graficznego systemu Quartus II. Testowanie i weryfikacja projektu za pomocą narzędzi środowiska Quartus II. (2h) Projektowanie prostych układów kombinacyjnych w języku VHDL. Bramki logiczne, koder, dekoder, multiplekser. (2h)

13 Pracownia specjalistyczna (2) Projektowanie złożonych układów kombinacyjnych w języku VHDL. Układy hierarchiczne. (4h) Projektowanie prostych układów sekwencyjnych w języku VHDL. Liczniki, rejestry, dzielniki. (2h) Projektowanie złożonych układów sekwencyjnych. Implementacja różnych typów pamięci RAM.(4h)

14 Pracownia specjalistyczna (3) Testowanie i weryfikacja stworzonych modeli w języku VHDL. Tworzenie plików testowych (testbench). Weryfikacja wybranych wcześniej stworzonych układów (4h) Stworzenie modelu i projekt złożonego systemu cyfrowego. (8h) Obrona projektów i zaliczenie. (2h)

15 Literatura (1) W języku polskim: 1. Skahil K.: Język VHDL. Projektowanie programowalnych układów logicznych. WNT. Warszawa Praca zbiorowa pod red. J. Kalisza: Język VHDL w praktyce,, WKŁ Zwoliński M.: Projektowanie układów cyfrowych z wykorzystaniem języka VHDL,, WKŁ Łuba, T. Zbierzchowski B.: Komputerowe projektowanie układów cyfrowych, WKŁ, Warszawa, Kalisz J.: Podstawy elektroniki cyfrowej. WKŁ, Warszawa Zbysiński P., Pasierbiński J.: Układy programowalne - pierwsze kroki,, BTC, 2002

16 Literatura (2) w języku angielskim: 7. K.C. Chang.: Digital systems design with VHDL and synthesis: an integrated approach. Los Alamitos : IEEE Computer Society, P.J.Asheden.: The VHDL Cookbook. University of Adelaide, South Australia Vahid F., Lysecky R.: VHDL for Digital Design. Wiley, Dokumentacje techniczne układów programowalnych ze stron: Dokumentacja płytki i opis systemu Quatrus II ze strony