ΨΗΦΙΑΚΑ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Transcript

1 ΨΗΦΙΑΚΑ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΣΧΕ ΙΑΣΗ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ ΜΕΓΑΛΗΣ ΚΛΙΜΑΚΑΣ ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗΣ (VLSI) ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΩΝ FPGA ρ. Ε. Βασιλακοπούλου οµήτης Παρουσίασης ιάκριση Κυκλωµάτων. Βασικά Χαρακτηριστικά των PLD Αρχιτεκτονικών. Γενική οµή των PLD. Tα FPGA της Altera. Σχεδίαση κυκλωµάτων µε FPGA. Σχεδίαση κυκλωµάτων µε το σχεδιαστικό πακέτο MAX+PLUS II της Altera. Αναλυτικά το MAX+PLUS II. Μεθοδολογία Σχεδίασης Κυκλωµάτων στο MAX+PLUS II.

2 Εισαγωγή στα PLD Βασικά Χαρακτηριστικά των PLD Προγραµµατιζόµενου Πεδίου. Επαναπρογραµατιζόµενες Αρχιτεκτονικές. Επαλήθευση λειτουργίας ενός κυκλώµατος σε υλικό. Ταχύς χρόνος σχεδίασης πρωτοτύπων. Μείωση του κόστους παραγωγής των τελικών IC κυκλωµάτων.

3 υνατότητα Προγραµµατισµού ιατάξεων H λογική που υλοποιεί κάποια προγραµµατιζόµενη διάταξη καθορίζεται από τον κατάλληλο προγραµµατισµό της µνήµης M. Υποστηρίζονται διάφορα είδη µνηµών Μ. Μνήµες που προγραµµατίζονται µόνο µια φορά. ANTIFUSE, EPROM. Επαναπρογραµατιζόµενες Μνήµες. EPROM, EEPROM, FLASH και SRAM. Μ Μνήµη Προγραµµατισµού Συνδυαστική Λογική Μ Μνήµη Προγραµµατισµού Βασικό στοιχείο της αρχιτεκτονικής οι πίνακες αναζήτησης (LUT). 4 ή 5 εισόδους. Έχουν συνήθως τη δοµή µιας ROM.

4 Ακολουθιακή Λογική (Προγραµµατιζόµενοι Καταχωρητές) Προγραµµατιζόµενες ιασυνδέσεις Στοιχείο Μεταγωγής Λογικά Κελιά Λογικά Κελιά Λογικά Κελιά Λογικά Κελιά Λογικά Κελιά Στοιχείο Μεταγωγής Στοιχείο Μεταγωγής Βασικά µέσα δροµολόγησης των σηµάτων Στοιχεία Μεταγωγής (Switching Elements). Αποµονωτές ρολογιών (Clock buffers). Τοπικές/ Καθολικές γραµµές διασύνδεσης (Local/Global Lines).

5 Προγραµµατιζόµενες Είσοδοι/Έξοδοι Τυπικά σήµατα ελέγχου των προγραµµατιζόµενων εισόδων/εξόδων: Κατεύθυνση. Ι/Ο Καταχωρητές. Ρυθµός Ανόδου (Slew Rate). Οι Προγραµµατιζόµενες ιατάξεις της Altera Ι/Ο Αριθµός Πυλών

6 Η Οικογένεια FLEX8000 της Altera ιάταξη # Πυλών # Στοιχείων & FFs Ταχύτητα Συσκευασία # Ι/Ο Τα Βασικά Χαρακτηριστικά της FLEX8000 Οικογένειας Τα FPGA της συγκεκριµένης οικογένειας υποστηρίζουν: καταχωρητές λογικές πύλες. Τα προγραµµατιζόµενα FF έχουν διαφορετικά σήµατα clear, preset. Η δροµολόγηση τω σηµάτων στηρίζεται στην FastTrack αρχιτεκτονική της Altera. Περιέχονται αφιερωµένες carry και cascade αλυσίδες. Προγραµµατιζόµενος έλεγχος του slew rate των σηµάτων εξόδου. Υποστηρίζεται επαναπρογραµµατισµός των διατάξεων. Περιλαµβάνει JTAG για έλεγχο της λειτουργίας του κυκλώµατος. Υποστηρίζει τάσεις λειτουργίας: 3.3 και 5 V.

7 H Αρχιτεκτονική της FLEX8000 Οικογένειας Στοιχείο Λογικής Η οµή του Βασικού Στοιχείου Λογικής της Οικογένειας FLEX8000 Προγραµµατιζόµενος Καταχωρητής

8 Οι Carry Αλυσίδες Οι Cascade Αλυσίδες

9 Η οµή των LAB της FLEX8000 Οικογένειας FastTrack ιασυνδέσεις γραµµής Τοπικές ιαδυνδέσεις του LAB (32 κανάλια) από το LAB αριστερά Σήµατα Ελέγχου του LAB ιασυνδέσεις από στήλη σε γραµµή FastTrack ιασυνδέσεις στήλης προς το LAB δεξιά Οι οµή των FastTrack ιασυνδέσεων της FLEX8000 Οικογένειας FastTrack Γραµµής (168/216 Κανάλια) FastTrack Στήλης (16 Κανάλια) Τοπικό FastTrack(32 Κανάλια)

10 Η οµή των I/O Στοιχείων της FLEX8000 Οικογένειας Προς διασύνδεση γραµµής ή στήλης Προγραµµατιζόµενη Αναστροφή Από διασύνδεση γραµµής ή στήλης Έλεγχος του Slew Rate ιαθέσιµο µόνο για τις EPF81500A διατάξεις ιαδικασία Σχεδίασης µε τη Χρήση της Τεχνολογίας των FPGA Σχεδιαστικές Ιδέες Αναλυτική Σχεδίαση Εξοµοίωση Λειτουργίας Προγραµµατισµός ιάταξης Εξοµοίωση Χρονισµών Υλοποίηση (Τοποθέτηση & ιασυνδέσεις)

11 ιαδικασία Σχεδίασης µε τη Χρήση της Τεχνολογίας των FPGA Σχεδιαστικές Ιδέες Προγραµµατισµός ιάταξης Προδιαγραφές Λειτουργίας. Κόστος Υλοποίησης. Αναλυτική Σχεδίαση Εξοµοίωση Χρονισµών Εξοµοίωση Λειτουργίας Τεχνολογία (ASIC/ FPGA). Παροχείς FPGA Τεχνολογίας. Οικογένεια των FPGA. Υλοποίηση (Τοποθέτηση & ιασυνδέσεις) Χρόνος Ανάπτυξης. ιαδικασία Σχεδίασης µε τη Χρήση της Τεχνολογίας των FPGA Σχεδιαστικές Ιδέες Αναλυτική Σχεδίαση Εξοµοίωση Λειτουργίας Επιλογή της µεθοδολογίας ορισµού του κυκλώµατος. Σχηµατικά. Υλοποίηση Προγραµµατισµός Εξοµοίωση Γλώσσες ιάταξης Περιγραφής Υλικού (πχ (Τοποθέτηση & Χρονισµών Verilog, VHDL). ιασυνδέσεις) Σχηµατικά και Γλώσσα Περιγραφής Υλικού. ιαχείριση της Ιεραρχίας του υπό-σχεδίαση κυκλώµατος. Καταµερισµός των λειτουργιών σε υπο-κυκλώµατα. Χρήση των βιβλιοθηκών της τεχνολογίας για µείωση του χρόνου σχεδίασης. ηµιουργία και διαχείριση των υποκυκλωµάτων.

12 ιαδικασία Σχεδίασης µε τη Χρήση της Τεχνολογίας των FPGA Προετοιµασία για Εξοµοίωση. Ορισµός των κυµατοµορφών για τα σήµατα εισόδου. Έλεγχος των Αποτελεσµάτων. Σχεδιαστικές Αναλυτική Πιστοποίηση Ιδέεςτης λειτουργίας Σχεδίαση του κυκλώµατος σύµφωνα µε τις προδιαγραφές. Προγραµµατισµός ιάταξης Εξοµοίωση Χρονισµών Εξοµοίωση Λειτουργίας Υλοποίηση (Τοποθέτηση & ιασυνδέσεις) ιαδικασία Σχεδίασης µε τη Χρήση της Τεχνολογίας των FPGA ηµιουργία Λίστας ιασυνδέσεων. Έλεγχος του κυκλώµατος σύµφωνα µε τους κανόνες που ορίζονται από την τεχνολογία που χρησιµοποιείται. Βελτιστοποίηση των Λογικών Πυλών, Σχεδιαστικές Αντιστοίχηση Ιδέες µε τα δοµικά υλικά που παρέχει η τεχνολογία. Τοποθέτηση. ιασύνδέσεις. Προγραµµατισµός ιάταξης Αναλυτική Σχεδίαση Εξοµοίωση Χρονισµών Παραγωγή της ακολουθίας των bit που θα χρησιµοποιηθούν για τη διαµόρφωση της λειτουργίας της διάταξης. Εξοµοίωση Λειτουργίας Υλοποίηση (Τοποθέτηση & ιασυνδέσεις)

13 ιαδικασία Σχεδίασης µε τη Χρήση της Τεχνολογίας των FPGA Ανάλυση των Χρονισµών. Εξέταση των χρονικών περιορισµών. Εµφάνιση αναλυτικής λίστας των χρονισµών όλων των µονοπατιών. Προσδιορισµός το πιο κρίσιµου µονοπατιού. Καθορισµός της µέγιστης συχνότητας καλής λειτουργίας του κυκλώµατος. Σχεδιαστικές Αναλυτική Εξοµοίωση Ιδέες Σχεδίαση Λειτουργίας Πιστοποίηση τόσο της χρονικής όσο και της λειτουργικής συµπεριφοράς του κυκλώµατος σύµφωνα µε τις προδιαγραφές. Εξοµοίωση των Χρονισµών. Προγραµµατισµός ιάταξης Εξοµοίωση Χρονισµών Υλοποίηση (Τοποθέτηση & ιασυνδέσεις) ιαδικασία Σχεδίασης µε τη Χρήση της Τεχνολογίας των FPGA Επιλογή του κατάλληλου τρόπου διαµόρφωσης της λειτουργίας της διάταξης. Σχεδιαστικές Ιδέες Αναλυτική Σχεδίαση Εξοµοίωση Λειτουργίας Προγραµµατισµός ιάταξης Εξοµοίωση Χρονισµών Υλοποίηση (Τοποθέτηση & ιασυνδέσεις)

14 ιαδικασία Σχεδίασης µε τo MAX+PLUS II της Altera Ορισµός Κυκλώµατος στο MAX+PLUS II Για εισαγωγή σχηµατικών Graphic Editor. Symbol Editor. Για εισαγωγή κυκλωµάτων µε κάποια από τις HDL s. Text Editor. Για δηµιουργία και απεικόνιση κυµατοµορφών Waveform Editor Για εµφάνιση της ιεραρχίας ενός κυκλώµατος Hierarchy Editor. Για απεικόνιση της τοποθέτησης των εξαρτηµάτων και των διασυνδέσεων. Floorplan Editor.

15 Επεξεργασία Κυκλώµατος στο MAX+PLUS II MAX+PLUS II Compiler. MAX+ PLUS II Floorplan Editor. Message Processor. Πιστοποίηση Λειτουργίας Κυκλώµατος στο MAX+PLUS II MAX+ PLUS II Simulator. MAX+ PLUS II Waveform Editor. MAX+ PLUS II Timing Analyzer.

16 Προγραµµατισµός ιατάξεων µε το MAX+PLUS II Το Προγραµµατιστικό Περιβάλλον του MAX+PLUS II Φάκελος και όνοµα του Project Παρέχει συντοµεύσεις για συναρτήσεις που χρησιµοποιούνται συχνά To βασικό menu του MAX+PLUS II δίνει πρόσβαση σε όλες τις λειτουργίες του MAX+PLUS II Help Menu Σύντοµη Περιγραφή του επιλεγµένου menu

17 Το Menu του MAX+PLUS II Κλήση όλων των λειτουργιών του MAX+PLUS II To File Menu

18 To Assign Menu Ορισµός των περιορισµών στους οποίους υπόκειται το project To Options Menu Εισαγωγή επιλογών του χρήστη

19 To Help Menu Μεθοδολογία Σχεδίασης Κυκλωµάτων στο MAX+PLUS II Προδιαγραφές Λειτουργίας Εισαγωγή Κυκλώµατος Συµβολοµετάφραση (Compilation) Αλλαγές στη σχεδίαση Εξοµοίωση Λειτουργίας (Functional Verification) Εξοµοίωση Χρονισµών (Timing Verification) Προγραµµατισµός ιατάξεων (Device Programming) Επιβεβαίωση Λειτουργίας στο Σύστηµα Παραγωγή Συστήµατος

20 Εισαγωγή Κυκλώµατος Ορισµός του Project. Ένα Project αποτελείται από κάποιο αρχείο σχεδιασµού κυκλώµατος και: Ελέγχεται για πιθανά σχεδιαστικά λάθη. Συµβολοµεταφράζεται. Εξοµοιώνεται. Γίνεται ανάλυση των χρονισµών του. Χρησιµοποιείται για να δηµιουργηθεί το αρχείο προγραµµατισµού της διάταξης. Το όνοµα του Project πρέπει να έχει το ίδιο όνοµα µε αυτό του αρχείου σχεδιασµού. Για να οριστεί ένα Project: Menu: File -> Project -> Name. (ώστε να οριστεί κάποιο νέο ή ένα ήδη υπάρχον αρχείο σχεδιασµού. Menu: File -> Project -> Set Project to Current File (ώστε να καθοριστεί το παρόν αρχείο σχεδιασµού. Απεικόνιση της Ιεραρχίας ενός Σχεδιασµού Menu: MAX+PLUS II -> Hierarchy Display To συγκεκριµένο menu αναπαριστά την ιεραρχία του συγκεκριµένου project και επιτρέπει το άνοιγµα και κλείσιµο φακέλων που περιέχονται σε αυτή. Κάθε αρχείο που περιέχεται σε ένα project απεικονίζεται µε ένα εικονίδιο και επιπλέον δείχνονται τα αρχεία που σχετίζονται µε το συγκεκριµένο αρχείο σχεδιασµού.

21 Σχεδίαση µε χρήση Σχηµατικών ιαγραµµάτων Σχεδίαση σχηµατικού διαγράµµατος. Εισαγωγή εξαρτηµάτων (σύµβολα -> symbols) Χρήση Βιβλιοθηκών. Prim (Altera Primitives) Βασικές λογικές συναρτήσεις. MF (Megafunctions). Η λογική της οικογένειας 7400 Mega_lpm (LPMs). Παραµετροποιηµένες µονάδες (πχ. Στοιχεία µνήµης, fifo s..) ιασύνδεση των εξαρτηµάτων µε καλώδια (wires) Ορισµός ονοµάτων για συγκεκριµένα καλώδια, ώστε να είναι πιο εύκολη η ανίχνευση λαθών κατά τη διάρκεια της εκσφαλµάτωσης της λειτουργίας του κυκλώµατος. Υποχρεωτικός ο ορισµός ονοµάτων σε όλες τις εισόδους και εξόδους των κυκλωµάτων. Αποθήκευση και έλεγχος του κυκλώµατος. Όλα τα αρχεία σχηµατικών έχουν την κατάληξη.gdf ιόρθωση όλων των λαθών µε τη βοήθεια του MAX+PLUS II Message Processor. ηµιουργία Συµβόλου Εισαγωγή Συµβόλων Άνοιγµα νέου Αρχείου Double Click στον Graphic Editor Πληκτρολογήστε ή επιλέξτε από τη λίστα το όνοµα του συµβόλου Βιβλιοθήκη Συµβόλων Σύµβολα που περιέχονται στην επιλεγµένη βιβλιοθήκη Όλα τα σύµβολα µπορούν να µετακινηθούν, να αντιγραφούν ή να διαγραφούν σε ένα σχηµατικό διάγραµµα µε τον ίδιο τρόπο που µια τέτοια διαδικασία πραγµατοποιείται σε ένα Windows πρόγραµµα, δηλαδή: Move: Click & drag mouse Cut: Ctrl-X Copy: Ctrl-C ή Ctrl-Click &Drag Paste: Ctrl-V Undo: Ctrl-Z

22 To Παράθυρο του Graphic Editor Παλέτα Επιλογής εισαγωγής κειµένου και σχεδιασµού γραµµών Σύµβολο Εισόδου Zoom Λειτουργίες Λειτουργίες ιασύνδεσης Κόµβος Bus Σύµβολο Σύµβολο Εξόδου ηµιουργία Συµβόλων και Include Αρχείων ηµιουργία Συµβόλου ηµιουργία Include Αρχείου

23 Ο MAX+PLUS II Message Processor Παρέχει µια λίστα όλων των πληροφοριών (info), ειδοποιήσεων (warnings) ή λαθών (errors) που δηµιουργούνται κατά τη συµβολοµετάφραση ενός project. Παρέχει βοήθεια για όλα τα µηνύµατα που εκδίδονται. Εντοπίζει στο αρχείο σχεδιασµού το σηµείο από όπου γίνεται η έκδοση του συγκεκριµένου µηνύµατος. Μηνύµατα Μηνύµατα Πληροφορίες για τα µηνύµατα που εκδίδονται Μετάβαση στο προηγούµενο ή επόµενο µήνυµα Εντοπισµός στο αρχείο σχεδιασµού Σχεδίαση µε χρήση των HDLs ηµιουργία ενός νέου Project. Όπως και στην περίπτωση σχηµατικών διαγραµµάτων. Εισαγωγή της περιγραφής του κυκλώµατος µε: AHDL. VHDL Verilog. Αποθήκευση και έλεγχος του σχεδιασµού Όπως και στην περίπτωση σχηµατικών διαγραµµάτων. Οι καταλήξεις των αρχείων είναι.tdf.vhd.v

24 AHDL (Altera Hardware Description Language) Υψηλού επιπέδου γλώσσα περιγραφής υλικού. Πλήρως ενσωµατωµένη στο MAX+PLUS II. Ειδικά σχεδιασµένη για την περιγραφή: Σύνθετων συναρτήσεων συνδυαστικής λογικής. Μηχανών Καταστάσεων. Πινάκων Αληθείας. Παραµετροποιηµένων λογικών συναρτήσεων. Όπως σε όλες τις HDLs, όλες οι διαδικασίες που περιγράφονται εκτελούνται παράλληλα και όχι σειριακά όπως στις συνήθεις γλώσσες προγραµµατισµού. Η περιγραφή ενός κυκλώµατος µε χρήση της AHDL γίνεται µε τον Text Editor του MAX+PLUS II. Γενική οµή της AHDL PARAMETERS ( δήλωση της λίστας παραµ έτρων ); SUBDESIGN όνοµ α_κυκλώµ ατος ( δήλωση της λίστας εισόδων/ εξόδων ) VARIABLE όνοµ α_µεταβλητής : τύπος_µεταβλητής (NODE, DFF, JKK. BEGIN ήλωση των διασυνδέσεων των χαρακτηριστικών στοιχείων των µεταβλητών. Χρήση λογικών τελεστών, συνδυαστικών πυλών, ακολουθιακών κυκλωµ άτων Χρήση Επαναληπτικών οµ ών END ;...

25 Βασικά Στοιχεία της AHDL (1) Αριθµοί Default είναι η χρήση των δεκαδικών αριθµών. Αναπαράσταση δυαδικών: B <ακολουθία από 0, 1 > Αναπαράσταση οκταδικών:o <ακολουθία από τα ψηφία 0 έως 7> Αναπαράσταση δεκαεξαδικών: Η <ακολουθία από τα ψηφία 0 έως F> Σύνολα Απλό: a[3..1] = (a3, a2, a1) ιπλό: d[2..0][1..0] = (d2_1, d2_0, d1_1, d1_0, d0_1, d0_0) Ολόκληρο: a[], d[][] Βασικά Στοιχεία της AHDL (2) Αριθµητικοί Τελεστές και συγκριτές Βασικά Λογικά Στοιχεία Ι/Ο INPUT, OUTPUT, BIDIR Απλές Λογικές Συναρτήσεις AND, NAND, OR, NOR, XNOR, XOR, NOT Flip Flop και Latch LATCH, DFF, DFFE, JKFF, JKFFE, SRFF, SRFFE,TFF, TFFE Buffers CARRY, CASCADE, EXP, LCELL, GLOBAL, TRI, OPNDRN VCC και GND

26 Βασικά Στοιχεία της AHDL (3) Ακροδέκτες (Ports) Του πιο ψηλά στην ιεραρχία εξαρτήµατος Είδη ακροδεκτών: INPUT, OUTPUT, BIDIR, MACHINE INPUT, MACHINE OUTPUT Των εσωτερικών εξαρτηµάτων..clk = είσοδος ρολογιού..ena = είσοδος ενεργοποίησης ρολογιού για Flip Flop ή Latch..reset = reset είσοδοs(ενεργό σε υψηλή στάθµη)..clrn = είσοδος clear (ενεργή σε χαµηλή στάθµη)..prn = είσοδος preset (ενεργή σε χαµηλή στάθµη)..d,.j,.k,.t,.s,.r = είσοδος δεδοµένων για D, JK, T και SR Flip Flop..q = Έξοδος δεδοµένων για Flip Flop ή Latch. Σύνταξη της AHDL (1) ήλωση Παραµέτρων Ορίζει την τιµή µιας ή περισσοτέρων παραµέτρων που ελέγχουν την υλοποίηση µιας παραµετρικής συναρτήσεων ή ενός παραµετρικού εξαρτήµατος. Παράδειγµα:

27 Σύνταξη της AHDL (2) ήλωση Σταθερών Οι σταθερές χρησιµοποιούνται για την αντικατάσταση συµβολικών ονοµάτων µε κάποια συγκεκριµένη τιµή ή έκφραση Παράδειγµα: Define ήλωση Για να οριστεί µια µαθηµατική έκφραση που επιστρέφει µια συγκεκριµένη τιµή, σύµφωνα µε τα ορίσµατα που έχει Παράδειγµα: Σύνταξη της AHDL (3) ήλωση Συναρτήσεων Παρέχει ένα εύκολο τρόπο περιγραφής κάποιας λογικής λειτουργίας. Παράδειγµα: Χωρίς τη χρήση παραµέτρων Με τη χρήση παραµέτρων

28 Σύνταξη της AHDL (4) Assert ήλωση Χρησιµοποιείται για τον έλεγχο µιας λογικής έκφρασης που κάνει χρήση παραµέτρων, αριθµών, συναρτήσεων. Επιστρέφει την σοβαρότητα του συµβάντος όταν η συνθήκη που ορίζεται είναι αληθής. Παράδειγµα: Σύνταξη της AHDL (5) Subdesign Τµήµα: Ορίζει τις εισόδους, εξόδους του κυκλώµατος που περιγράφεται στο.tdf αρχείο. Παράδειγµα: foo bar clk1 clk2 top b[7..0] a0 a1 a2 a3 a4

29 Σύνταξη της AHDL (6) Variable Τµήµα Για τον ορισµό µεταβλητών που θα χρησιµοποιηθούν που ορίζει τις λογικές λειτουργίες του κυκλώµατος. Παράδειγµα: Τµήµα ήλωσης Μεταβλητών Περιγραφή λογικής λειτουργίας κυκλώµατος Σύνταξη της AHDL (7) Variable Τµήµα ήλωση Κόµβων Υποστηρίζονται δύο τύποι εσωτερικών κόµβων NODE TRI_STATE_NODE Παράδειγµα : out = a; oe a t

30 Σύνταξη της AHDL (8) Variable Τµήµα ήλωση εξαρτηµάτων Κάθε λογική συνάρτηση ή εξάρτηµα που η λειτουργία τους έχει ήδη οριστεί µπορούν αν δηλωθούν σαν µια µεταβλητή Παράδειγµα: Το comp θα έχει ως ακροδέκτες: comp.a[], comp.b[], comp.less,comp.equal, comp.greater O adder θα έχει ως ακροδέκτες: adder.dataa[], adder.datab[], adder.result[] Σύνταξη της AHDL (9) Variable Τµήµα ήλωση καταχωρητών Μπορούν να δηλωθούν οποιοδήποτε είδος Flip Flop και Latch. Παράδειγµα: Variable Τµήµα ήλωση µηχανών κατάστασης ηµιουργία µιας µηχανής κατάστασης ορίζοντας το όνοµα, τις καταστάσεις της και προαιρετικά τα bit που χρησιµοποιεί Παράδειγµα: q3)

31 Σύνταξη της AHDL (10) Λογικό Τµήµα Ορίζει τις λογικές λειτουργίες του κυκλώµατος Οι δηλώσεις BEGIN και END περικλείουν την περιγραφή λειτουργίας του κυκλώµατος Boolean Εξισώσεις Αναπαριστάνουν τη διασύνδεση των εσωτερικών κόµβων. Παράδειγµα: Boolean Εξισώσεις Ελέγχου Καθορίζουν τα σήµατα ελέγχου των ακολουθιακών δοµών. Παράδειγµα: Σύνταξη της AHDL (11) Case ήλωση Παράδειγµα: Ορίζει την default λειτουργία του κυκλώµατος

32 Σύνταξη της AHDL (12) If-Then ήλωση Παράδειγµα: Σύνταξη της AHDL (13) If-Generate ήλωση ίνει µια λίστα από δηλώσεις που ενεργοποιούνται όταν κάποια αριθµητική έκφραση είναι αληθής Η συγκεκριµένη δήλωση µπορεί να χρησιµοποιηθεί στο λογικό τµήµα ή στο τµήµα µεταβλητών Παράδειγµα:

33 Σύνταξη της AHDL (14) For Generate ήλωση Παράδειγµα : Σύνταξη της AHDL (15) ήλωση Πινάκων Αληθείας Χρησιµοποιούνται για τον ορισµό συνδυαστικής λογικής ή τη λειτουργία µηχανών κατάστασης. Στην AHDL θεωρείται ότι κάθε χρονική στιγµή µόνό µια δήλωση ενός πίνακα αληθείας θα είναι αληθής Παράδειγµα :

34 AHDL Παραδείγµατα O MAX+PLUS II Text Editor

35 Εισαγωγή Κυκλώµατος στο MAX_PLUS II µε τον Text Editor ηµιουργία ενός νέου σχεδιαστικού αρχείου Menu: File -> New -> Text Editor File(.tdf) Αποθήκευση ως.tdf αρχείο Menu: File -> Save As Ορίζουµε ως project το παρόν σχεδιαστικό αρχείο Menu: File -> Project -> Set Project to Current File Εισαγωγή της περιγραφής του κυκλώµατος µε AHDL Αποθήκευση του αρχείου και έλεγχος για πιθανά λάθη Menu: File -> Project -> Project Save & Check Παραδείγµατα (1) Σχεδιάστε ένα αποκωδικοποιητή (decoder) µε: If-Then δηλώσεις. Case δηλώσεις

36 Παραδείγµατα (2) Σχεδιάστε ένα µετρητή, χρησιµοποιώντας είτε DFF/DFFE flip flop είτε τον lpm_counter από τη βιβλιοθήκη lpm. Παραδείγµατα (3) Σχεδιάστε ένα Πολλαπλασιαστή χρησιµοποιώντας το lpm_mult από τη βιβλιοθήκη lpm.

37 Παραδείγµατα (4) Σχεδιάστε ένα πολυπλέκτη χρησιµοποιώντας το εξάρτηµα lpm_mux από τη βιβλιοθήκη lpm. Παραδείγµατα (5) Σχεδίαση µιας Moore µηχανής κατάστασης. Οι έξοδοι µιας τέτοιας µηχανής κατάστασης επηρεάζονται µόνο από την κατάσταση

38 Παραδείγµατα (6) Σχεδίαση µιας Mealy µηχανής κατάστασης. Μια µηχανή κατάστασης µε ασύγχρονες εξόδους. Ο MAX+PLUS II Waveform Editor Χρησιµοποιείται για δύο διαφορετικούς λόγους: Για ορισµό λειτουργίας ενός κυκλώµατος. Για έλεγχο λειτουργίας ενός κυκλώµατος. ηµιουργία των διανυσµάτων εισόδου για οδήγηση του εξοµοιωτικού εργαλείου. Απεικόνιση των αποτελεσµάτων της εξοµοίωσης για έλεγχο της σωστής λειτουργίας του κυκλώµατος. ηµιουργία ενός νέου Waveform αρχείου ηµιουργία ενός νέου σχεδιαστικού αρχείου. Menu: File -> New -> Waveform Editor File (.wdf,.scf) Αποθήκευση του αρχείου µε κατάληξη είτε.wdf/.scf Menu: File -> Save As Ορίζουµε ως project το παρόν σχεδιαστικό αρχείο Menu: File -> Project -> Set Project to Current File

39 To Περιβάλλον του Waveform Editor Zoom Λειτουργίες Συναρτήσεις Ανάθεσης τιµών στα σήµατα Ορισµός Παραµέτρων στον Waveform Editor Ορισµός του µήκους του grid του εξοµοιωτή Ο προσδιορισµός της τιµής του grid του εξοµοιωτή είναι ιδιαίτερα σηµαντικός για τη δηµιουργία επαναλαµβανόµενων τιµών στις κυµατοµορφές εισόδου. Menu: Options -> Grid Size Menu: Options -> Show Grid Ορισµός του χρόνου διάρκειας της εξοµοίωσης Menu: File -> End Time

40 Εισαγωγή Κόµβων στον Waveform Editor (1) Υπάρχουν δύο τρόποι: Από το SNF αρχείο Menu: Node -> Enter Nodes from SNF To SNF αρχείο παράγεται από το MAX+PLUS II κατά τη συµβολοµετάφραση του κυκλώµατος. Εισαγωγή Κόµβων στον Waveform Editor (2) Επιλογή κόµβου προς κόµβο Menu: Node -> Insert Node ή (double click µέσα στο Waveform παράθυρο)

41 Ανάθεση Κυµατοµορφών στον Waveform Editor Αρχικά επιλέγεται το χρονικό διάστηµα για το οποίο επιθυµούµε νια γίνει η ανάθεση τιµής σε κάποιο σήµα εισόδου του κυκλώµατος. Για τη δηµιουργία κυµατοµορφών ρολογιού: Menu: Edit -> Overwrite -> Clock ή από την αντίστοιχη παλέτα του Waveform Editor. Για τον ορισµό τιµών σε κόµβους: Menu: Edit -> Overwrite -> 0/1/X/Z/Invert/Group Value/Count Value ή από την αντίστοιχη παλέτα του Waveform Editor. Συνοπτικά η ιαδικασία Εισαγωγής Κυκλώµατος Αρχεία Σχεδιασµού Βοηθητικά Αρχεία Χρήστης

42 Μεθοδολογία Σχεδίασης Κυκλωµάτων στο MAX+PLUS II Προδιαγραφές Λειτουργίας Εισαγωγή Κυκλώµατος Συµβολοµετάφραση (Compilation) Αλλαγές στη σχεδίαση Εξοµοίωση Λειτουργίας (Functional Verification) Εξοµοίωση Χρονισµών (Timing Verification) Προγραµµατισµός ιατάξεων (Device Programming) Επιβεβαίωση Λειτουργίας στο Σύστηµα Παραγωγή Συστήµατος Ο MAX+PLUS II Συµβολοµεταφραστής Επεξεργάζεται όλα τα αρχεία σχεδιασµού που περιέχονται σε ένα project. Ελέγχει για συντακτικά και κοινά σχεδιαστικά λάθη. Πραγµατοποιεί: Τη λογική σύνθεση του κυκλώµατος (Synthesis). Την τοποθέτηση των εξαρτηµάτων (Placing). Τη δροµολόγηση των διασυνδέσεων (Routing). Παράγει: Αρχεία που χρησιµοποιούνται για την εξοµοίωση του κυκλώµατος. Αρχεία που χρησιµοποιούνται για την ανάλυση των χρονισµών του κυκλώµατος. Αρχεία που χρησιµοποιούνται για τον προγραµµατισµό της διάταξης.

43 Συµβολοµετάφραση ενός Project Επιλογή µεταξύ µερικής ή πλήρους συµβολοµετάφρασης. Αναθέσεις. Εκτέλεση της διαδικασίας της συµβολοµετάφρασης. Έλεγχος των αποτελεσµάτων. Η ιαδικασία της Μερικούς Συµβολοµετάφρασης Ελέγχεται το project για συντακτικά λάθη. Παράγεται µια βάση δεδοµένων µε όλα τα κοµβικά σηµεία του κυκλώµατος. Παράγεται το.snf αρχείο που χρησιµοποιείται για την εξοµοίωση της λειτουργικής συµπεριφοράς του κυκλώµατος.

44 Η ιαδικασία της Πλήρους Συµβολοµετάφρασης Πραγµατοποιούνται όλες οι διαδικασίες που εκτελούνται κατά τη διάρκεια της µερικούς συµβολοµετάφρασης και επιπλέον γίνεται: H λογική σύνθεση και βελτιστοποίηση του κυκλώµατος. Έλεγχος για παραβιάσεις λειτουργίας. Τοποθέτηση των εξαρτηµάτων και διασυνδέσεις. Υπολογισµός των χρονικών καθυστερήσεων. ηµιουργία του αρχείου προγραµµατισµού της διάταξης. Αναθέσεις Συνήθεις αναθέσεις Επιλογή διάταξης Ανάθεση ακροδεκτών. Άλλες αναθέσεις Αναθέσεις αρχιτεκτονικής Χρονικοί Περιορισµοί. Επιλογή λογικών στοιχείων. Επιλογή χαρακτηριστικών της διάταξης.

45 Επιλογή ιάταξης Επιλογή συγκεκριµένης διάταξης. Αυτόµατη επιλογή Το MAX+PLUS II επιλέγει τη µικρότερη και πιο γρήγορη διάταξη που καλύπτει τις ανάγκες του κυκλώµατος. Επιλογή της Προγ/νης οικογένειας Αυτόµατη επιλογή διάταξης Συγκεκριµένη επιλογή διάταξης Ανάθεση Ακροδεκτών Επιλέξτε τον κόµβο και από το Assign menu -> Pin/Location/Chip To όνοµα του κόµβου εµφανίζεται αυτόµατα στο πεδίο Node Name Eπιλέξτε τον αριθµό και το είδος του ακροδέκτη και στη συνέχεια επιλέξτε Add.

46 Μεθοδολογίες Λογικής Σύνθεσης Κάθε µία από τις διαφορετικές µεθοδολογίες αποτελείται από ένα σύνολο ρυθµίσεων. Οι δυνατές επιλογές στο Max+Plus II είναι Normal Fast WYSIWYG Ανάθεση Χρονικών Περιορισµών Ορισµός της επιθυµητής µέγιστης λειτουργίας του κυκλώµατος. Είναι προτιµότερο οι παράµετροι αυτοί να θέτονται αφού πρώτα παρατηρηθούν τα χαρακτηριστικά της λειτουργίας του κυκλώµατος που έχει προκύψει από συµβολοµετάφραση χωρίς την ύπαρξη χρονικών περιορισµών.

47 Εκτέλεση της ιαδικασίας της Συµβολοµετάφρασης Συµβουλευθείται το report αρχείο (.rpt) που παράγεται Πατήστε το Start Μηνύµατα Συνοπτικά η ιαδικασία της Συµβολοµετάφρασης Αρχεία Σχεδιασµού Αρχεία Εξοµοίωσης & Χρονισµών Αρχεία Προγραµµατισµού Reports Αρχεία για χρήση από άλλα σχεδιαστικά πακέτα

48 Μεθοδολογία Σχεδίασης Κυκλωµάτων στο MAX+PLUS II Προδιαγραφές Λειτουργίας Εισαγωγή Κυκλώµατος Συµβολοµετάφραση (Compilation) Αλλαγές στη σχεδίαση Εξοµοίωση Λειτουργίας (Functional Verification) Εξοµοίωση Χρονισµών (Timing Verification) Προγραµµατισµός ιατάξεων (Device Programming) Επιβεβαίωση Λειτουργίας στο Σύστηµα Παραγωγή Συστήµατος Εξοµοίωση ενός Project Υπάρχουν δύο είδη εξοµοίωσης: Εξοµοίωση της λειτουργίας. Το κύκλωµα δεν έχει υποστεί λογική σύνθεση. εν υπάρχει µοντέλο χρονισµών. Όλοι οι εσωτερικοί κόµβοι του κυκλώµατος µπορούν να εξοµοιωθούν. Εξοµοίωση των χρονισµών. Το κύκλωµα έχει υποστεί λογική σύνθεση. Υπάρχει µοντέλο χρονισµών. Μπορούν να εξοµοιωθούν µόνο οι κόµβοι που αποµένουν µετά τη σύνθεση και τη βελτιστοποίηση του κυκλώµατος.

49 To Περιβάλλον του Εξοµοιωτή ιαδικασία Εξοµοίωσης ενός Project Άνοιγµα τoυ Waveform Editor. Εισαγωγή Κόµβων. Ορισµός του grid του εξοµοιωτή. Επιλογή του χρονικού διαστήµατος όπου θα εκτελεστεί η εξοµοίωση Ανάθεση κυµατοµορφών στα σήµατα εισόδου του κυκλώµατος. Αποθήκευση του.scf αρχείου. Εκτέλεση της εξοµοίωσης. Menu: Max+Plus II -> Simulator Click on Start.. Έλεγχος των αποτελεσµάτων της εξοµοίωσης.

50 Μεθοδολογία Σχεδίασης Κυκλωµάτων στο MAX+PLUS II Προδιαγραφές Λειτουργίας Εισαγωγή Κυκλώµατος Συµβολοµετάφραση (Compilation) Αλλαγές στη σχεδίαση Εξοµοίωση Λειτουργίας (Functional Verification) Εξοµοίωση Χρονισµών (Timing Verification) Προγραµµατισµός ιατάξεων (Device Programming) Επιβεβαίωση Λειτουργίας στο Σύστηµα Παραγωγή Συστήµατος Ανάλυση των Χρονισµών ενός Project Υπάρχουν τρία διαφορετικά είδη ανάλυσης χρονισµών. Υπολογισµός της απόδοσης των καταχωρητών. Υπολογίζει τη µέγιστη συχνότητα καλής λειτουργίας του κυκλώµατος. Υπολογισµός του πίνακα των καθυστερήσεων. Υπολογίζει όλες τις καθυστερήσεις των συνδιαστικών κόµβων του κυκλώµατος. Υπολογισµός του πίνακα των setup/hold χρόνων για τα flip flop. Υπολογίζει για όλα flip flop που περιέχονται στο κύκλωµα του setup και hold χρόνους τους.

51 Υπολογισµός της Απόδοσης των Καταχωρητών Χρησιµοποιείται για να επιβεβαιωθεί ότι το κύκλωµα που σχεδιάσθηκε πληροί του χρονικούς περιορισµούς που έχουν υποβληθεί. Στην περίπτωση που δεν επιτυγχάνεται η επιθυµητή συχνότητα λειτουργίας τότε: Ανίχνευση του λογικού µονοπατιού µε τη µεγαλύτερη καθυστέρηση. Εισαγωγή αναθέσεων και χρονικών περιορισµών για τη βελτιστοποίηση των χρονισµών. Επανασχεδίαση του κυκλώµατος (πχ. Χρήση pipelining τεχνικών...) Εκτέλεση του υπολογισµού απόδοσης των καταχωρητών: Menu: Max+Plus II -> Timing Analyzer Click on Start.. Μεθοδολογία Σχεδίασης Κυκλωµάτων στο MAX+PLUS II Προδιαγραφές Λειτουργίας Εισαγωγή Κυκλώµατος Συµβολοµετάφραση (Compilation) Αλλαγές στη σχεδίαση Εξοµοίωση Λειτουργίας (Functional Verification) Εξοµοίωση Χρονισµών (Timing Verification) Προγραµµατισµός ιατάξεων (Device Programming) Επιβεβαίωση Λειτουργίας στο Σύστηµα Παραγωγή Συστήµατος

52 Μεθοδολογίες Προγραµµατισµού ιατάξεων Ο MAX+PLUS II Προγραµµατιστής Χρησιµοποιείται για να προγραµµατίσει τις διατάξεις της Altera. Κατά την ολοκλήρωση των διαδικασιών του συµβολοµεταφραστή παράγονται ένα ή περισσότερα αρχεία προγραµµατισµού. Με το συγκεκριµένο προγραµµατιστή γίνεται η διαµόρφωση της λειτουργίας και ο έλεγχος της διάταξης και η διαπίστωση της σωστής διαδικασίας προγραµµατισµού.

53 Προγραµµατισµός ιατάξεων Εγκατάσταση και επιλογή της κατάλληλης προγραµµατιστικής µονάδας Menu: Options -> Hardware Setup ->AutoSetup Επιλογή του αρχείου προγραµµατισµού. Menu: File -> Select Programming File