Politechnika Białostocka Wydział Elektryczny Katedra Automatyki i Elektroniki Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu: PROGRAMOWALNE STRUKTURY LOGICZNE ES1C420 300 Ćwiczenie Nr 1 SYSTEM CAD PROJEKTOWANIA UKŁADÓW CYFROWYCH Opracował: dr inż. Walenty Owieczko BIAŁYSTOK 2014
Spis treści instrukcji 1. Cel ćwiczenia... 2 2. Opis stanowiska laboratoryjnego.... 2 3. Środowisko projektowe systemu CAD. 3 4. Edytory projektowe.. 3 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 funkcjami edytorów projektowych systemu CAD projektowania układów cyfrowych w strukturach programowalnych. 2. OPIS STANOWISKA LABORATORYJNEGO Do projektowania układów w strukturach programowalnych wykorzystuje się zestaw laboratoryjny, zawierający układ programowalny FPGA rodziny Cyclone II obsługiwany przez komputer PC i system programów narzędziowych Quartus II. Zestaw DE1 zawiera sprzętowe połączenie układu programowalnego FPGA z 10 przełącznikami dwupozycyjnymi (SW), 4 przyciskami (KEY) oraz wyświetlaczami LED. W celu wykorzystania przełączników i wyświetlaczy wymagane jest przypisanie odpowiednich numerów wyprowadzeń układu FPGA. Lista przypisań wszystkich wyprowadzeń układu zawiera się w pliku DE1_pin_assignments.csv. Szczegółowy opis DE1 oraz sposób korzystania z pliku przypisań znajdują się w instrukcji obsługi na płycie CD. Opis pakietu Quartus II dostępny jest poprzez system pomocy Help programu. W laboratorium stosowana jest opcja Max+Plus II konfiguracji interfejsu użytkownika, wyboru której dokonujemy przy pierwszym uruchamianiu (po zainstalowaniu) programu Quartus II lub w oknie Look&Feel wywołanego poleceniem Customize w zakładce Tools. W celu ułatwienia studentom opanowania pakietu oprogramowania Quartus II do realizacji kolejnych ćwiczeń laboratoryjnych, w dalszej części instrukcji zostanie opisany sposób wykorzystania edytorów projektowych systemu CAD w środowisku Max+Plus II. 2
3. ŚRODOWISKO PROJEKTOWE SYSTEMU CAD System Max+Plus II (Multiple Array Matrix Programmable Logic User System) firmy Altera jest zintegrowanym środowiskiem do projektowania układów cyfrowych w strukturach programowalnych. 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. Rys. 1-1. Menu managera pakietu MAX+Plus II. 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. 3
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. 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. Rys.1-2. Okno edytora graficznego i dostępu do bibliotek symboli. Funkcje lewego menu graficznego: - włączenie trybu wskazującego lewego klawisza myszy, - edycja komentarzy lub etykiet na schemacie, - rysowanie ortogonalnych linii/magistral (zalecany tryb rysowania połączeń), - rysowanie linii/magistral pod dowolnym kątem (tryb niezalecany), - kreślenie łuków, - kreślenie okręgów, - powiększanie schematu (zoom plus), - pomniejszanie schematu (zoom minus), - dopasowanie arkusza rysunkowego do wymiarów ekranu, - wstawienie/usunięcie węzła we wskazanym punkcie przecięcia linii, 4
- przesunięcie fragmentu schematu z wydłużaniem linii (tryb drag), - przesunięcie fragmentu schematu z zerwaniem połączeń (tryb move). 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). Rys. 1-3. Okno edytora przebiegów czasowych. 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, 5
wewnętrznym (LAB View) widok bloków LAB z poszczególnymi komórkami logicznymi. Dla układów z EAB widok poszczególnych MK oraz elementów I/O. 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+PlusII i Quartus II, - powtórzyć teorię układów logicznych, - opracować rozwiązanie zadań podanych przez prowadzącego z wykorzystaniem zadanych funktorów logicznych. 6. PRZEBIEG ĆWICZENIA Kolejność czynności: 1. Uruchomienie systemu. 2. Uaktywnienie i poznanie funkcji edytorów projektowych systemu. 3. 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. 4. 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. Barski M., Jędruch W.: Układy cyfrowe. Podstawy projektowania i opis w języku VHDL. PGd, Gdańsk 2007 5. Materiały pomocnicze strona internetowa firmy Altera http://www.altera.com 6