Τυπικζσ Γλϊςςεσ Περιγραφισ Υλικοφ Εργαςτιριο 1

Transcript

1 Τμήμα Μησανικών Πληποφοπικήρ, Τ.Ε.Ι. Ηπείπος Ακαδημαϊκό Έτορ , 6 ο Εξάμηνο Τυπικζσ Γλϊςςεσ Περιγραφισ Υλικοφ Εργαςτιριο 1 Διδάςκων Τςιακμάκθσ Κυριάκοσ, Phd MSc in Electronic Physics (Radioelectrology) Computer and Electronic Circuits Technology MSc in Science - Agricultural Engineering

2 Εργαςτιριο 1 Στα μακιματα του Εργαςτθρίου κα υλοποιοφμε κϊδικεσ γραμμζνουσ ςε VHDL και κα τα τρζχουμε ςε προςομοιωτι και ςτα τελευταία μακιματα κα υλοποιιςουμε κάποια κυκλϊματα ςε FPGA Λίγα λόγια για το FPGA και τθν VHDL

3 FPGA Το FPGA ι Field Programmable Gate Array ι ςυςτοιχία επιτόπια προγραμματιηόμενων πυλϊν είναι τφποσ προγραμματιηόμενου ολοκλθρωμζνου κυκλϊματοσ γενικισ χριςθσ το οποίο διακζτει πολφ μεγάλο αρικμό τυποποιθμζνων πυλϊν και άλλων ψθφιακϊν λειτουργιϊν.

4 FPGA Τα FPGA είναι ολοκλθρωμζνα κυκλϊματα, τα οποία ζχουν ςχεδιαςτεί να παραμετροποιοφνται από τον μθχανικό ι τον ςχεδιαςτι τθσ εφαρμογισ για τθν οποία κα χρθςιμοποιθκοφν αφοφ καταςκευαςτοφν. Για τθν παραμετροποίθςθ τουσ χρθςιμοποιείται μια γλϊςςα περιγραφισ υλικοφ (Hardware Description Language) και ςτθ ςυνζχεια προγραμματίηονται θλεκτρονικά με βοθκθτικζσ διατάξεισ. Ο κϊδικασ με τον οποίο προγραμματίηεται το FPGA γράφεται ςε γλϊςςεσ περιγραφισ υλικοφ (VHDL, AHDL, Verilog).

5 FPGA-ASIC Το FPGA ζχει παρόμοιο πεδίο εφαρμογϊν με άλλα προγραμματιηόμενα ολοκλθρωμζνα ψθφιακά κυκλϊματα όπωσ τα PLD και τα ASIC. Ολοκλθρωμζνα κυκλϊματα ειδικοφ ςκοποφ Application-specific integrated circuit Στο παρελκόν, για εφαρµογζσ µε απαίτθςθ υψθλϊν υπολογιςτικϊν επιδόςεων, θ µόνθ εφικτι λφςθ ιταν θ χριςθ ολοκλθρωµζνων κυκλωµάτων ειδικοφ ςκοποφ (Application Specific Integrated Ειςαγωγι Circuits - ASICs)

6 ASIC Τα ASIC επιτυγχάνουν υψθλι ταχφτθτα επεξεργαςίασ και χαµθλι κατανάλωςθ ιςχφοσ πλθν αλλά υςτεροφν ςε ευελιξία και από υψθλό κόςτοσ ανάπτυξθσ. Συγκεκριµζνα, α) ζνα ASIC εκτελεί ζνα µόνο αλγόρικµο και ςτερείται δυνατότθτασ προγραµµατιςµοφ, β) ο χρόνοσ ανάπτυξθσ και προϊκθςθσ του προϊόντοσ είναι ιδιαίτερα υψθλόσ, και γ) δεν µπορεί να ανταποκρικεί ςε µελλοντικζσ τροποποιιςεισ λόγω µεταβαλλόµενων προτφπων.

7 Σφγκριςθ FPGA-ASIC Ζτςι το FPGA είναι ιδιαίτερα κατάλλθλο εκεί που οι παράμετροι λειτουργίασ πρζπει να αλλάηουν ςυχνά ι ςε μικρζσ ποςότθτεσ παραγωγισ, ενϊ το ASIC, λόγω μαηικισ παραγωγισ, είναι φτθνότερο εκεί που απαιτοφνται μεγάλεσ ποςότθτεσ και θ επικυμθτι λειτουργία είναι αυςτθρά προκακοριςμζνθ, χωρίσ ςφάλματα (το ASIC δεν επαναπρογραμματίηεται).

8 FPGA Blocks Μετά τον προγραμματιςμό τουσ μποροφν να ςυμπεριφερκοφν ςαν οποιοδιποτε ςχεδόν ψθφιακό κφκλωμα ι διάταξθ. Στθ δομι τουσ ςυμπεριλαμβάνουν προγραμματιηόμενα λογικά ςτοιχεία που ονομάηονται «Logic Blocks», κακϊσ και εςωτερικζσ ςυνδζςεισ, οι οποίεσ επιτρζπουν τα Logic Blocks να ςυνδζονται μεταξφ τουσ και να ςυνδυάηονται, ϊςτε να εκτελοφν πολφπλοκεσ ςυνδυαςτικζσ λειτουργίεσ.

9 FPGA Blocks Το ολοκλθρωμζνο αυτό αποτελείται από περίπου πφλεσ οι οποίεσ υλοποιοφν διαφόρων τφπων Logic Blocks: Configurable Logic Blocks (CLBS) Input/Output Blocks (IOBs) RAM Blocks Multiplier Blocks Digital Clock Manager Blocks (DCM)

10 FPGA Blocks

11 Χαρακτθριςτικά του FPGA Το FPGA χάνει τον προγραμματιςμό του κάκε φορά που διακόπτεται θ τάςθ τροφοδοςίασ του. Επομζνωσ απαιτεί εξωτερικό μικροεπεξεργαςτι ι μνιμθ με μόνιμθ ςυγκράτθςθ δεδομζνων (non-volatile memory) από τα οποία κα προγραμματίηεται, κάκε φορά που επανζρχεται θ τάςθ τροφοδοςίασ. Ο προγραμματιςμόσ του FPGA μπορεί να αλλάηει κάκε φορά που τροποποιείται το λογιςμικό του μικροεπεξεργαςτι ι τα δεδομζνα τθσ μνιμθσ που το ελζγχει. Δεν υπάρχει όριο ςτο πόςεσ φορζσ μπορεί να επαναπρογραμματιςτεί. Η κατανάλωςθ ιςχφοσ είναι ςθμαντικά αυξθμζνθ, ςε ςχζςθ με τα ASIC.