Politechnika Białostocka Wydział Elektryczny Katedra Automatyki i Elektroniki Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu: TECHNIKA CYFROWA 2 TZ1A400 028 Ćwiczenie Nr 1 ZESTAW LABORATORYJNY SYSTEMU CAD PROJEKTOWANIA UKŁADÓW CYFROWYCH. EDYTORY PROJEKTOWE Opracował: dr inż. Walenty Owieczko BIAŁYSTOK 2009
Spis treści instrukcji: 1. Cel ćwiczenia... 2 2. Opis stanowiska laboratoryjnego.... 2 3. Środowisko projektowe systemu Max+PlusII. 4 4. Edytory projektowe.. 4 5. Czynności przygotowawcze... 6 6. Przebieg ćwiczenia 6 7. Sprawozdanie i forma zaliczenia ćwiczenia... 6 8. Literatura.. 6 1. CEL ĆWICZENIA Zapoznanie się z obsługą zestawu laboratoryjnego oraz systemu do projektowania układów cyfrowych w środowisku MAX+PLUS II. Poznanie sposobów i narzędzi do edycji projektu. 2. OPIS STANOWISKA LABORATORYJNEGO Do projektowania układów w strukturach programowalnych wykorzystuje się zestaw projektowy, zawierający układy programowalne rodziny MAX7K i FLEX10K obsługiwany przez komputer PC i system programów narzędziowych MAX+PLUS II. Szczegółowy opis zestawu laboratoryjnego znajduje się w instrukcji obsługi na płycie CD, zaś opis pakietu MAX+PLUS II w literaturze [ 2] oraz w systemie pomocy Help wbudowanej w program. Zestaw projektowy UP2 Widok zestawu laboratoryjnego wraz z opisem elementów konstrukcji, przedstawiono na rys. 1-1. Płyta UP2 Education Board zawiera dwa programowalne układy firmy Altera EPM7128S LC84-5 oraz EPF10K70RC240-4. Na płycie znajduje się generator kwarcowy o częstotliwości 25,175 MHz (częstotliwość niezbędna do realizacji interfejsu VGA), którego wyjście jest doprowadzone do układu EPM7128S (końcówka 83) i do układu EPF10K70 (końcówka 91). 2
Rys. 1-1. Płyta zestawu projektowego UP2 Education Board Układ EPM 7128SLC84-5 jest programowalny w technologii EEPROM (po wyłączeniu zasilania informacja o konfiguracji układu jest zachowana). Układ składa się z 128 makrokomórek logicznych, z których każda zawiera programowalną matrycę AND, nieprogramowalną matrycę OR i przerzutnik D z niezależnie programowalnymi wejściami: zegarowym (Clock), zezwalającym dla zegara (Clock Enable), zerującym (Reset), ustawiającym (Preset) i wejściem informacyjnym D. Układ EPF10K70RC240-3 w obudowie RQFP z 240 wyprowadzeniami jest programowalny w technologii SRAM. Po wyłączeniu zasilania informacja o konfiguracji układu jest tracona. Układ EPF10K70 składa się z 3744 elementów logicznych LE (Logic Element) oraz 9 bloków matryc wbudowanych EAB (Embedded Array Block). Każdy element LE zawiera 4-wejściową tablicę logiczną LUT (Look-Up Table), programowalny przerzutnik oraz dedykowane ścieżki sygnałowe do realizacji funkcji przeniesienia (carry) do kaskadowego (cascade) łączenia elementów logicznych LE. Każdy blok EAB może być użyty do realizacji pamięci RAM, ROM lub FIFO. Oba układy są programowane w systemie (ISP) przy użyciu interfejsu JTAG za pomocą złącza przystosowanego do współpracy z programatorem ByteBlaster. Sygnały JTAG obsługiwane są bezpośrednio przez programator i pakiet oprogramowania MAX+PLUS II. Transmisja danych do układu (programowanie) sygnalizowana jest miganiem diody LED. 3
3. ŚRODOWISKO PROJEKTOWE SYSTEMU MAX+PLUS II System MAX+PLUS II (Multiple Array Matrix Programmable Logic User System) firmy Altera jest zintegrowanym środowiskiem do projektowania w strukturach programowalnych układów cyfrowych rodziny: CLASSIC+, MAX3K/5K/7K/9K, FLEX8000, FLEX10K. System MAX+PLUS II zawiera 11 zintegrowanych ze sobą programów użytkowych. Obsługę systemu zapewnia program zarządzający manager, którego okno otwiera się po załadowaniu systemu. Każdą z 11 aplikacji oraz moduł pomocy (Help) można uruchomić z menu głównego managera. Wybrane aplikacje mogą być uruchamiane także za pomocą ikon umieszczonych na pasku narzędzi. 4. EDYTORY PROJEKTOWE System MAX+PLUS II umożliwia przygotowanie opisu układu w postaci: pliku tekstowego (Text Editor) w języku AHDL, VHDL, Verilog (wersja systemu Max+Plus II Baseline ma zablokowane kompilatory języków VHDL i Verilog) schematu z wykorzystaniem standardowych symboli (Symbol Editor) układów cyfrowych przebiegów czasowych (Waveform Editor) Przed rozpoczęciem tworzenia schematu należy nadać nazwę projektowi - menu File>Project>Name. W oknie Project Name wpisujemy nazwę projektu. Edytor Tekstowy (Text Editor) - służy do wprowadzania i redagowania tekstowych zbiorów projektowych AHDL z rozszerzeniem.tdf oraz VHDL z rozszerzeniem.vhd w języku VHDL. Gotowe struktury języka w postaci tzw. szablonów (Templates), dostępne poleceniem Template>Insert AHDL Template lub prawym przyciskiem myszy znacznie ułatwiają tworzenie plików tekstowych. Z listy w oknie dialogowym dokonujemy wyboru i wstawiamy wzorzec. Dwa podkreślenia oznaczają konieczność zastąpienia nazwy i zmiennych właściwymi dla tworzonego projektu. Narzędzia do edycji: Size - rozmiar tekstu, Style - rodzaj linii i inne dostępne w menu Options. Edytor graficzny (Graphic Editor) - graficzny interfejs użytkownika do tworzenia schematów, korzystając z bibliotek funkcji: prymitywów \prim (bramki, przerzutniki, porty we/wy, bufory, węzły zasilania i masy), makro i megafunkcji \mf oraz funkcji parametryzowanych LPM (Library Parametrized Module) \mega_lpm. Edytor uruchamia się poleceniem Graphic Editor lub File z rozszerzeniem.gdf,.sch. 4
Dostęp do bibliotek standardowych symboli w plikach z rozszerzeniem.prim, mf, mega, edif - polecenie Symbol>Enter Symbol w menu Graphic Editor lub dwukrotne kliknięcie lewym przyciskiem myszy na planszy. Przykład edytowanego schematu przedstawiono na rys. 1-2. Rys. 1-2. Model licznika 4-bitowego 7493 Narzędzia do edycji - menu Options. Podręczne menu edycji symboli wywołujemy klikając prawym przyciskiem myszy na wybranym symbolu. Edycji nazw wyprowadzeń dokonujemy po wybraniu opcji Edit Pin Name (Edit Ports/Parameters) w oknie wywołanym prawym kliknięciem myszy. Edytor symboli (Symbol Editor) - pomocniczy program graficzny, który służy do oglądania, tworzenia i edytowania symboli reprezentujących układy logiczne. Edytor przebiegów czasowych (Waveform Editor) służy do: opisu projektu za pomocą wykresów czasowych (generuje zbiory projektowe Waveform Design File z rozszerzeniem.wdf) tworzenia przebiegów czasowych i obserwowania wyników symulacji (tworzy zbiory symulacyjne Simulator Channel Files z rozszerzeniem.scf). Edytor planu zasobów (Floorplan Editor) - pomocniczy program do wprowadzania i modyfikacji planu zasobów fizycznego układu oraz do oglądania rezultatów syntezy topologicznej. Program uruchamia się z managera>floorplan Editor lub z paska narzędzi. Schemat zasobów układu może być wyświetlany w dwóch przekrojach: zewnętrznym (Device View) widok obudowy ze wszystkimi końcówkami i przypisanymi im funkcjami, wewnętrznym (LAB View) widok bloków LAB z poszczególnymi komórkami logicznymi. Dla układów z EAB widok poszczególnych MK oraz elementów I/O. 5
5. CZYNNOŚCI PRZYGOTOWAWCZE Przed przystąpieniem do wykonania ćwiczenia, student powinien: - zapoznać się z instrukcją do ćwiczeń laboratoryjnych, w szczególności z opisem zestawu laboratoryjnego, - zapoznać się z podstawowymi aplikacjami systemu MAX+PLUS II, - powtórzyć teorię układów logicznych, - powtórzyć teorię układów sekwencyjnych wykorzystujących pamięci ROM, - opracować rozwiązanie zadań podanych przez prowadzącego z wykorzystaniem zadanych funktorów logicznych. 6. PRZEBIEG ĆWICZENIA Kolejność czynności: 1. Zapoznanie się z zasadą działania podstawowych zestawu laboratoryjnego. 2. Uruchomienie systemu MAX+PLUS II. 3. Uaktywnienie i poznanie funkcji edytorów projektowych systemu. 4. Realizacja zadanych przez prowadzącego etapów edycji projektu. Uwaga! Przed rozpoczęciem tworzenia schematu należy nadać nazwę projektowi - menu File>Project>Name. W oknie Project Name wpisujemy nazwę projektu. 5. Sporządzenie sprawozdania z przebiegu ćwiczenia. 7. SPRAWOZDANIE I FORMA ZALICZENIA ĆWICZENIA Ocenie podlegają czynności zarówno etapu przygotowawczego jak i realizacyjnego. Warunkiem zaliczenia ćwiczenia jest wykonanie poszczególnych etapów ćwiczenia, przedstawienie protokołu oraz wykazanie się wiedzą z zakresu wykonywanego ćwiczenia. Protokół powinien zawierać: temat i cel ćwiczenia, opis wykonywanych zadań, wnioski. 8. LITERATURA 1. Instrukcja obsługi zestawu na płycie CD 2. P. Zbysiński, J. Pasierbiński: Układy programowalne pierwsze kroki. BTC, 2004. 3. L. Grodzki, W. Owieczko: Podstawy techniki cyfrowej, 2006 4. Materiały pomocnicze strona internetowa firmy Altera http://www.altera.com 6