ΗΥ220 Εργαστήριο Ψηφιακών Κυκλωμάτων

Σχετικά έγγραφα
ΗΥ220 Εργαστήριο Ψηφιακών Κυκλωμάτων

Εργαστήριο Ψηφιακών Κυκλωμάτων

ΗΥ220 Εργαστήριο Ψηφιακών Κυκλωµάτων

Κυκλωμάτων» Χειμερινό εξάμηνο

«Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων σε FPGA» Εαρινό εξάμηνο

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗΣ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

ΗΜΥ 210: Λογικός Σχεδιασµός, Εαρινό Εξάµηνο Ένα συνδυαστικό κύκλωµα µπορεί να περιγραφεί από: Φεβ-05. n-είσοδοι

Παράδειγμα αντιστοίχισης κυκλώματος σε FPGA

Πτυχιακή Εργασία Σχεδίαση κυκλωμάτων επικοινωνίας με απλές οθόνες, με τη γλώσσα VHDL και υλοποίηση στις αναπτυξιακές πλακέτες LP-2900 και DE2.

«Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων σε FPGA» Εαρινό εξάμηνο

Μικροηλεκτρονική - VLSI

Εισαγωγή στα κυκλώµατα CMOS 2

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ. Δρ. Δ. Λαμπάκης (8 η σειρά διαφανειών)

«Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων σε FPGA» Εαρινό εξάμηνο

Ψηφιακά ολοκληρωμένα κυκλώματα

ΚΕΦΑΛΑΙΟ Συνδυαστικά Κυκλώµατα. 3.2 Σχεδιασµός Συνδυαστικής Λογικής 3.3 ιαδικασία Ανάλυσης 3.4 ιαδικασία Σχεδιασµού.

«Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων σε FPGA» Εαρινό εξάμηνο

Συστοιχία Επιτόπια Προγραμματιζόμενων Πυλών Field Programmable Gate Arrays (FPGAs)

Οι Διδάσκοντες. Αντώνης Πασχάλης, Καθηγητής, Θεωρία. Χρήστος Κρανιώτης, ΕEΔΙΠ, Εργαστήριο

Σύνθεση Ψηφιακών Συστηµάτων. Χ. Καβουσιανός

Ψηφιακά Κυκλώματα (1 ο μέρος) ΜΥΥ-106 Εισαγωγή στους Η/Υ και στην Πληροφορική

Συστήματα VLSI. Εισαγωγή. Γιώργος Δημητρακόπουλος. Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης. Άνοιξη 2014

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ - VHDL ΑΝΤΩΝΗΣ ΠΑΣΧΑΛΗΣ

Προγραµµατισµός Συστηµάτων Πραγµατικού Χρόνου

Ενότητα 6 ΑΝΑΛΥΣΗ & ΣΥΝΘΕΣΗ ΣΥΝΔΥΑΣΤΙΚΗΣ ΛΟΓΙΚΗΣ ΣΥΝΔΥΑΣΤΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΠΟΛΛΩΝ ΕΠΙΠΕΔΩΝ

Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας

«Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων σε FPGA» Εαρινό εξάμηνο

Οργάνωση της φυσικής δομής του ολοκληρωμένου κυκλώματος

Κεφάλαιο 14 ο. Γ. Τσιατούχας. VLSI Systems and Computer Architecture Lab. Σχεδιαστικές Μεθοδολογίες 2

«Σχεδίαση Εφαρμογών Ψηφιακδη Συστημάτοη με τη Γλώσσα \ HDL»

HY:433 Αναλογικά Κυκλώματα VLSI (περιγραφή μαθήματος) Φώτης Πλέσσας

ΗΜΥ 210 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ. Χειµερινό Εξάµηνο 2016 ΔΙΑΛΕΞΗ 17: Αναδιατασσόµενη Λογική Προγραµµατιζόµενο Υλικό

Εισαγωγή στον έλεγχο ορθής λειτουργίας ψηφιακών συστημάτων. Δημήτρης Νικολός, Τμήμα Μηχ. Ηλεκτρονικών Υπολογιστών και Πληροφορικής, Παν.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ. ΜΑΘΗΜΑ 2 ο. ΑΛΓΕΒΡΑ Boole ΛΟΓΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ

Μνήμη και Προγραμματίσιμη Λογική

HY:433 Σχεδίαση Αναλογικών/Μεικτών και Υψισυχνών Κυκλωμάτων (περιγραφή μαθήματος) Φώτης Πλέσσας

Σχεδίαση CMOS Ψηφιακών Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων

ΘΕΜΑ : ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΔΙΑΡΚΕΙΑ: 1 περιόδος. 24/11/ :09 Όνομα: Λεκάκης Κωνσταντίνος καθ. Τεχνολογίας

Εργαστήριο Εισαγωγής στη Σχεδίαση Συστημάτων VLSI

Εισαγωγή στις κρυσταλλολυχνίες (Transistors)

Περιεχόμενα. Πρόλογος... XI. Κεφάλαιο 1. Συστήματα Βασισμένα σε FPGA Κεφάλαιο 2. Τεχνολογία VLSI Εισαγωγή Βασικές Αρχές...

ΣΤΑΤΙΚΕΣ ΚΑΙ ΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΜΝΗΜΕΣ ΤΥΧΑΙΑΣ ΠΡΟΣΠΕΛΑΣΗΣ (Static and Dynamic RAMs). ΔΙΑΡΘΡΩΣΗ ΤΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ ΘΕΜΑΤΙΚΕΣ ΕΝΟΤΗΤΕΣ

5 η Θεµατική Ενότητα : Μνήµη & Προγραµµατιζόµενη Λογική. Επιµέλεια διαφανειών: Χρ. Καβουσιανός

«Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων σε FPGA» Εαρινό εξάμηνο

ΑΡΧΕΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ FPGA

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών. Ψηφική Σχεδίαση

Εισαγωγή στη σχεδιαστική ροή της Xilinx

ΗΥ220: Εργαστήριο σχεδίασης ψηφιακών κυκλωμάτων Χριστόφορος Κάχρης

ΗΜΥ 210 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών. Ψηφιακή Σχεδίαση

Τεχνικές βελτιστοποίησης µε σκοπό την επίτευξη χαµηλής κατανάλωσης ισχύος

ς Ποιότητα ξιολόγηση Α

ΗΜΥ 210 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

ΗΥ220 Εργαστήριο Ψηφιακών Κυκλωμάτων

i Το τρανζίστορ αυτό είναι τύπου NMOS. Υπάρχει και το συμπληρωματικό PMOS. ; Τι συμβαίνει στο τρανζίστορ PMOS; Το τρανζίστορ MOS(FET)

4.2 Αναπαράσταση δυαδικών τιμών στα ψηφιακά κυκλώματα

ΗΜΥ 210: Λογικός Σχεδιασμός, Χειμερινό Εξάμηνο 2008

ΗΜΥ 210: Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων. Σχεδιασμός Συνδυαστικών Κυκλωμάτων 1

Ψηφιακή Λογική και Σχεδίαση

Αρχιτεκτονική Σχεδίαση Ασαφούς Ελεγκτή σε VHDL και Υλοποίηση σε FPGA ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων Χειμερινό Εξάμηνο Περίληψη

ΗΜΥ211 Εργαστήριο Ψηφιακών Συστηµάτων

ΗΜΥ 210 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Συστήματα σε Ολοκληρωμένα Κυκλώματα

VHDL Εισαγωγικές έννοιες

Εργαστήριο Εισαγωγής στη Σχεδίαση Συστημάτων VLSI

«Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων σε FPGA» Εαρινό εξάμηνο

Μικροηλεκτρονική - VLSI

4/10/2008. Εισαγωγή στη σχεδίαση συστημάτων VLSI. Περιεχόμενα μαθήματος. Γιώργος Δημητρακόπουλος. Βιβλιογραφία. Ψηφιακά συστήματα.

ΑΣΚΗΣΗ 9η-10η ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ-ΛΟΓΙΚΗ ΜΟΝΑΔΑ ΕΝΟΣ ΨΗΦΙΟΥ (1-BIT ALU)

Σχεδίαση µε CAD tools

4/10/2008. Στατικές πύλες CMOS και πύλες με τρανζίστορ διέλευσης. Πραγματικά τρανζίστορ. Ψηφιακή λειτουργία. Κανόνες ψηφιακής λειτουργίας

Κεφάλαιο 9 ο. Γ. Τσιατούχας. VLSI Systems and Computer Architecture Lab. CMOS Λογικές ομές 2

Τυπικζσ Γλϊςςεσ Περιγραφισ Υλικοφ Εργαςτιριο 1

Γενικά Στοιχεία Ηλεκτρονικού Υπολογιστή

Αναλογικά & Ψηφιακά Κυκλώματα ιαφάνειες Μαθήματος ρ. Μηχ. Μαραβελάκης Εμ.

Εργαστήριο Οργάνωσης Η/Υ. Δαδαλιάρης Αντώνιος

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Φυσικής Εργαστήριο Ηλεκτρονικής. Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Μονάδες Μνήμης και Διατάξεις Προγραμματιζόμενης Λογικής

ΑΣΚΗΣΗ 1 ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ

ΗΥ220 Εργαστήριο Ψηφιακών Κυκλωμάτων

Εργαστηριακή άσκηση. Θεωρητικός και πρακτικός υπολογισμός καθυστερήσεων σε αναστροφείς CMOS VLSI

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

, PAL PA, ΜΝΗΜΕΣ ROM)

Κεφάλαιο Τρία: Ψηφιακά Ηλεκτρονικά

Παρουσίαση Διπλωματικής

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ. Δρ. Δ. Λαμπάκης (9 η σειρά διαφανειών)

Περιγραφή Κυκλωμάτων με χρήση της VHDL. Εισαγωγικές έννοιες για σχεδιασμό με τη VHDL

Πανεπιστήµιο Αιγαίου Τµήµα Μηχανικών Πληροφοριακών και Επικοινωνιακών Συστηµάτων. 3η Άσκηση Logical Effort - Ένα ολοκληρωµένο παράδειγµα σχεδίασης

Ενσωματωμένα Συστήματα

Πρόγραμμα Επικαιροποίησης Γνώσεων Αποφοίτων

Σχεδίαση Υπολογιστικών

ΔΙΑΛΕΞΗ 2: Technology and Historical Progress of FPGAs

7 η Θεµατική Ενότητα : Εισαγωγή στις Γλώσσες Περιγραφής Υλικού

Μικροηλεκτρονική - VLSI

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ. Δρ. Δ. Λαμπάκης (10 η σειρά διαφανειών)

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Ι ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ ΕΠΙΔΡΑΣΗΣ ΠΕΔΙΟΥ. Eλεγχος εσωτερικού ηλεκτρικού πεδίου με την εφαρμογή εξωτερικού δυναμικού στην πύλη (gate, G).

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ. Πρόλογος...9 ΚΕΦ. 1. ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ - ΚΩΔΙΚΕΣ

Ενότητα 3 ΨΗΦΙΑΚΑ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Πανεπιστήμιο Πειραιώς Τμήμα Πληροφορικής Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών «Προηγμένα Συστήματα Πληροφορικής» Μεταπτυχιακή Διατριβή

Transcript:

ΗΥ220 Εργαστήριο Ψηφιακών Κυκλωμάτων Χειμερινό Εξάμηνο 2018-2019 Ροή Σχεδίασης Κυκλωμάτων και Εργαλεία CAD ΗΥ220 - Βασίλης Παπαευσταθίου 1

Transistor: Δομική μονάδα κυκλωμάτων Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα υλοποιούνται κυρίως σε τεχνολογία CMOS (Complementary MOS) Βάση της τεχνολογίας τα transistors τύπου MOSFET metal oxide semiconductor field effect transistors transistor επίδρασης πεδίου τύπου μέταλλο οξείδιο ημιαγωγός) συμπεριφέρονται σαν διακόπτες ΗΥ220 - Βασίλης Παπαευσταθίου 2

Chip = Γράφος Transistors Η τεχνολογία (process) που χρησιμοποιούμε για την κατασκευή (fabrication) καθορίζει τις παραμέτρους των transistors και το μέγεθός τους Καθώς βελτιώνεται η τεχνολογία: Μικραίνει το μέγεθος των transistors (περισσότερα transistors στον ίδιο χώρο) Αυξάνεται η ταχύτητά τους Ελαττώνεται η κατανάλωση ενέργειάς τους ΗΥ220 - Βασίλης Παπαευσταθίου 3

Ροή Σχεδίασης Design Flow ΗΥ220 - Βασίλης Παπαευσταθίου 4

Μέθοδοι Σχεδίασης ΗΥ220 - Βασίλης Παπαευσταθίου 5

Full Custom Η διάταξη (layout) των transistors είναι χειροποίητη χρησιμοποιώντας VLSI editors. Χρήσιμο κυρίως σε μικρά designs λόγω απαιτήσεων σε χρόνο Μέγιστη ελευθερία Μπλοκ υψηλών επιδόσεων Αργή διαδικασία ΗΥ220 - Βασίλης Παπαευσταθίου 6

Semi-Custom: Array-Based (Gate Array) Μεγάλοι πίνακες από transistors δίνονται από τους κατασκευαστές των chips. Διασυνδέοντας αυτά τα transistor με τον κατάλληλο τρόπο προκύπτει η επιθυμητή λογική ΗΥ220 - Βασίλης Παπαευσταθίου 7

Semi-custom: Programmable Logic Array (PLA) Οι PLAs έχουν προγραμματιζόμενα AND και OR επίπεδα (planes). Μπορούν να υλοποιήσουν οποιαδήποτε 2-επίπεδη λογική AND-OR Αποδοτική φυσική υλοποίηση σε τεχνολογία CMOS. ΗΥ220 - Βασίλης Παπαευσταθίου 8

Προγραμματιζόμενη Λογική: LUTs (Lookup Tables) Ένας πολυπλέκτης επιλέγει ποιο στοιχείο μνήμης θα βγεί στην έξοδο Ένα bit μνήμης ΗΥ220 - Βασίλης Παπαευσταθίου 9

FPGA: Field Programmable Gate Array Τα CLBs συνδέονται στα κοντινά καλώδια Τα καλώδια συνδέονται μεταξύ τους μέσω του switch matrix Υπάρχουν και μακρινά καλώδια για να διασυνδέουν απομακρυσμένα CLBs Οι πληροφορίες για την προγραμματιζόμενη λογική είναι αποθηκευμένες σε bit μνήμης τα οποία φορτώνονται κατά τον αρχικό προγραμματισμό της. ΗΥ220 - Βασίλης Παπαευσταθίου 10

Παράδειγμα ενός CLB (Logic Element) ΗΥ220 - Βασίλης Παπαευσταθίου 11

Η διασύνδεση στην FPGA ΗΥ220 - Βασίλης Παπαευσταθίου 12

Η ροή σχεδίασης για FPGA ΗΥ220 - Βασίλης Παπαευσταθίου 13

Η σύνθεση (synthesis) Λογική σύνθεση (logic synthesis) Ένα εργαλείο/πρόγραμμα σχεδιάζει κυκλώματα από «αφηρημένες» περιγραφές της λογικής o Δέχεται περιορισμούς (constraints) για το μέγεθος, την ταχύτητα κ.α o Χρησιμοποιεί βιβλιοθήκες (π.χ. 3-input gates) Πως; Περιγράφουμε σε Verilog «αφηρημένα» τη λογική Το εργαλείο μας παράγει εναλλακτικές υλοποιήσεις ΗΥ220 - Βασίλης Παπαευσταθίου 14

Απλό παράδειγμα σύνθεσης Τι συμβαίνει; Γράφουμε τον κώδικα και η σύνθεση μας βγάζει τις πύλες Μπορεί να χρησιμοποιεί διαφορετικές βιβλιοθήκες από τον σχεδιαστή (εδώ μόνο πύλες 2 εισόδων) Μια περιγραφή είναι αρκετή για να μας παραχθούν αρκετές διαφορετικές υλοποιήσεις!!! αλλά αυτό προϋποθέτει ότι ξέρουμε την υλοποίηση σε πύλες - το οποίο καταλήγει να μην είναι «αφηρημένη» περιγραφή βέβαια!!! ΗΥ220 - Βασίλης Παπαευσταθίου 15

Αυτοματοποιημένη Λογική Σύνθεση Η σύνθεση πολύ συχνά ερμηνεύει τον κώδικα διαφορετικά από την προσομοίωση!!! Η περιττή λογική μπορεί να μην ανιχνεύεται πάντα! Τα παρακάτω κυκλώματα είναι λειτουργικά ισοδύναμα! ΗΥ220 - Βασίλης Παπαευσταθίου 16

Mapping Place & Route Mapping: Μεταφορά της λογικής που παράγεται από την σύνθεση στα λογικά στοιχεία (LE-CLBs-Cells) που παρέχει φυσικά η εκάστοτε τεχνολογία (FPGA-ASIC) Κατά το mapping η λογική μετατρέπεται κατάλληλα σε αυτήν που υποστηρίζει η τεχνολογία. Place & Route: Χωροθέτηση και Διασύνδεση των κυκλωμάτων στην φυσική τοπολογία. Τοποθετεί την λογική στα CLBs της FPGA και τα διασυνδέει με τέτοιο τρόπο ώστε να καλύπτονται οι χρονικοί περιορισμοί o Η καθυστέρηση των καλωδίων (wiring delay), για την διασύνδεση μεταξύ των blocks της λογικής, πρέπει να είναι αποδεκτή o Τοποθετεί τα κρίσιμα κομμάτια του κυκλώματος κοντά για να μειώσει όσο το δυνατόν την καθυστέρηση από τα καλώδια o Η καθυστέρηση των σημάτων στο κύκλωμα εξαρτάται σημαντικά από την καθυστέρηση της διασύνδεσης (routing delay) ΗΥ220 - Βασίλης Παπαευσταθίου 17

Partitioning and Floorplanning Κατάτμηση και Κάτοψη Σχεδίου ΗΥ220 - Βασίλης Παπαευσταθίου 18

Cell-Based Design Semi-custom: λύση βασισμένη σε εργαλεία που χρησιμοποιουν standard cells που παρέχει η τεχνολογία και είναι ομοιόμορφα ΗΥ220 - Βασίλης Παπαευσταθίου 19

Διάταξη ένος standard cell H διάταξη (layout) ενός standard cell από μια βιβλιοθήκη standard cell. Είναι full-custom! ΗΥ220 - Βασίλης Παπαευσταθίου 20

Cell-based Flow ΗΥ220 - Βασίλης Παπαευσταθίου 21

ASIC: Application Specific Integrated Circuit Chip για μια συγκεριμένη εφαρμογή. Δεν μπορεί να ξαναπρογραμματιστεί η λογική του για να καλύψει άλλες λύσεις Δίνουμε στον κατασκευαστή την διάταξη με full-custom ή semicustom blocks. ΗΥ220 - Βασίλης Παπαευσταθίου 22

Κόστη Υλοποίησης Κόστη: Unit cost (κόστος μονάδας): το χρηματικό κόστος για την κατασκευή κάθε αντιγράφου του συστήματος NRE cost (Non-Recurring Engineering cost Μη επαναλαμβανόμενο κόστος σχεδίασης): Το εφάπαξ κόστος για την σχεδίαση του συστήματος Total-Cost = NRE-Cost + Unit-Cost * #Units Per-Product-Cost = Total-Cost / # Units = (NRE-Cost / # Units) + Unit-Cost Παράδειγμα: NRE-cost = $2000, Unit-cost = $100 Για 10 μονάδες: o Total = 2000 + 10*100 = $3000 o Per-Product-Cost = (2000/ 10) + 100 = $300 o Για να καλυφθεί το NRE κόστος επιβαρύνθηκε το κόστος της κάθε μονάδας με $200!!! ΗΥ220 - Βασίλης Παπαευσταθίου 23

FPGA vs. ASIC (Pros and Cons) FPGA (gate-array) Χαμηλό αρχικό κόστος Χαμηλό χρηματικό ρίσκο Γρήγορες κατασκευαστικές αλλαγές (reprogram) Εύκολες αλλαγές στη σχεδίαση Επαναπρογραμματιζόμενη Αργό Ρολόι Μικρή χωρητικότητα σε πύλες ASIC (full-custom, semi-custom) Γρήγορο ρολόι Μεγάλη χωρητικότητα σε πύλες «Πυκνό» σχέδιο Υψηλό κόστος Αργές κατασκευαστικές αλλαγές Μεγάλος χρόνος κατασκευής ΗΥ220 - Βασίλης Παπαευσταθίου 24

Εργαλεία CAD: Computer Aided Design Specifications Functional Design Logic Design Circuit Design System Description Languages (System C) Hardware Description Languages, Schematic Editors (Verilog, VHDL) Logic Synthesis Tools (Synopsys) Physical Design Physical Synthesis Tools (Place & Route) Fabrication Tape out and Manufacture ΗΥ220 - Βασίλης Παπαευσταθίου 25