Προπαρασκευαστική παρουσίαση. για το Εργαστήριο ΗΜΥ 211. και το λογισμικό Altera Quartus II

TMHMA ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ ΗΜΥ 211-2010 Εισαγωγή Προπαρασκευαστική παρουσίαση για το Εργαστήριο ΗΜΥ 211 και το λογισμικό Altera Quartus II Στο εργαστήριο ΗΜΥ 211 θα χρησιμοποιηθεί το σχεδιαστικό λογισμικό της Altera, Quartus II. Το λογισμικό αυτό επιτρέπει τον εύκολο σχεδιασμό, προσομοίωση και υλοποίηση σχεδιασμών λογικής με διαφορετικό βαθμό πολυπλοκότητας. Αποτελείται από διάφορες εφαρμογές, στις οποίες παρέχεται άμεση πρόσβαση από τον βασικό διαχειριστή του QUARTUS II. Αρκετές από αυτές θα χρησιμοποιηθούν κατά την διάρκεια του εξαμήνου, ενώ πέντε θα παρουσιαστούν στα πλαίσια αυτού του προπαρασκευαστικού εργαστηρίου. Συνοπτικά, αυτές οι πέντε εφαρμογές είναι οι ακόλουθες: Graphic Editor (Γραφικός Επεξεργαστής) Ένας σχηματικός επεξεργαστής που επιτρέπει οπτική αναπαράσταση του σχεδιασμού ενός λογικού κυκλώματος. Compiler (Συμβολομεταφραστής) Η καρδιά του Quartus II. Μεταφράζει αρχεία λογικού σχεδιασμού (design files) σε προγραμματιστικά αρχεία που μπορούν να προσομοιωθούν και να υλοποιηθούν στην πλακέτα της Altera DE1 που παρέχεται. Message Processor (Επεξεργαστής Μηνυμάτων) Παραθέτει λάθη, warnings και πληροφοριακά μηνύματα που αφορούν το project σας. Επίσης, προσφέρει γρήγορη πρόσβαση στο σημείο απ όπου πηγάζει το μήνυμα, αλλά και σε βοήθεια που αφορά το μήνυμα. Waveform Editor (Επεξεργαστής Κυματομορφών) Ένα εργαλείο για δημιουργία κυματομορφών εισόδου, και για οπτική απεικόνιση της συμπεριφοράς του σχεδιασμού που προσομοιώνεται, όταν εφαρμόζεται συγκεκριμένη είσοδος. Simulator (Προσομοιωτής) Επιτρέπει την προσομοίωση της λειτουργίας και του χρονισμού ενός ψηφιακού λογικού σχεδιασμού. Βοήθεια Εκτεταμένη βοήθεια για το λογισμικό είναι διαθέσιμη από το μενού Help στο QUARTUS II. Πατώντας το κουμπί F1 σε οποιοδήποτε σημείο του προγράμματος μπορείτε να πάρετε συγκεκριμένη βοήθεια για το σημείο που βρίσκεστε. Επίσης, το εικονίδιο είναι χρήσιμο για να προσφέρει βοήθεια για κάποιο συγκεκριμένο θέμα. Μια πιο περιεκτική προπαρασκευαστική παρουσίαση, όπως επίσης και επιπλέον βοήθεια, υπάρχει στην ιστοσελίδα της Altera στην διεύθυνση http://www.altera.com/literature/lit-qts.jsp. 1

Σύνοψη Προπαρασκευαστικού Εργαστηρίου Το υπόλοιπο μέρος αυτού του εργαστηρίου θα σάς οδηγήσει βήμα προς βήμα στο σχεδιασμό ενός απλού κυκλώματος, με σκοπό να σάς βοηθήσει να εξοικειωθείτε με τα πέντε εργαλεία (εφαρμογές) που απαριθμήθηκαν στην Εισαγωγή (σελ. 1), όπως και με την διαδικασία σχεδιασμού και προσομοίωσης ενός κυκλώματος. Θα χρησιμοποιήσετε τον Graphic Editor για τη δημιουργία τριών σχεδιασμών: ενός απλού λογικό σχεδιασμού, ενός με ένα αντίτυπο του συμβόλου του πρώτου σχεδιασμού και, τέλος, ενός κυκλώματος που περιέχει τρία αντίτυπα του προηγουμένου συμβόλου. Ο Compiler θα χρησιμοποιηθεί τόσο για τον έλεγχο της ορθότητας του σχεδιασμού σε κάθε βήμα, όσο και για την συμπερίληψη στο τελικό κύκλωμα των δύο αρχείων σχεδιασμού. Χρησιμοποιώντας τον Waveform Editor, θα μπορείτε να δίνετε τις τιμές εισόδου (λογικές τιμές για κάθε είσοδο στο project) και να διεξάγετε την προσομοίωση για επαλήθευση του σχεδιασμού σας. Ο πρώτος σχεδιασμός θα μεταφραστεί (compiled) δύο φορές, την δεύτερη φορά με μία επιπρόσθετη πύλη NOT, για να σημειωθεί το αποτέλεσμα της αλλαγής και η ευκολία που παρέχει το περιβάλλον για αλλαγές στο σχεδιασμό. Κατά την διάρκεια αυτού του εργαστηρίου θα μελετηθούν και θα εξηγηθούν διαφορετικές μέθοδοι για την επίτευξη του ιδίου αποτελέσματος. Εξετάστε τις πληροφορίες και τις υποδείξεις πού σάς δίνονται στην δεξιά στήλη, επιπρόσθετα από τις ρητές οδηγίες στην αριστερή στήλη. Θα σάς βοηθήσουν στην γρήγορη εξοικείωση χρήσης του περιβάλλοντος. Επιπλέον, εξετάστε και την μπάρα εργαλείων (toolbar), τα μενού εφαρμογών (application menus), και τον μηχανισμό βοήθειας κατά την διάρκεια αυτού του προπαρασκευαστικού εργαστηρίου. Θα σάς βοηθήσουν ιδιαίτερα σε όλα τα επόμενα εργαστήρια. Μαθησιακοί Στόχοι και Απαιτήσεις Εργαστηρίου Με το πέρας αυτού του εργαστηρίου, θα πρέπει να γνωρίζετε τη διαδικασία δημιουργίας project και σχηματικού σχεδιασμού κυκλώματος, τη διαδικασία καθορισμού κυματομορφής ελέγχου, αλλά και την διαδικασία προσομοίωσης και ανάλυσης των αποτελεσμάτων. Οι τρεις σχεδιασμοί που θα δημιουργήσετε και θα προσομοιώσετε βρίσκονται στις σελίδες 9, 10, και 15, αντίστοιχα. Οι ακόλουθες εκτυπώσεις είναι απαραίτητες, και θα πρέπει να υπογραφούν από τους υπεύθυνους του εργαστηρίου και να συμπεριληφθούν στη γραπτή σας αναφορά. Σχηματικά 1 ου, 2 ου και 3 ου σχεδιασμού με τις ακόλουθες ονομασίες: tutorial_1.bdf, tutorial_2.bdf και tutorial_3.bdf, (με και χωρίς ΝΟΤ για τον 1 ο σχηματικό). Αποτελέσματα 1 ης και 2 ης προσομοίωσης, για τους Σχεδιασμούς-2a και 2b, στις σελίδες 13 και 14 (συμπεριλαμβανομένου της προσομοίωσης χρονισμού). Χρησιμοποιήστε την ονομασία tutorial_2.vwf και για τις 2 προσομοιώσεις. Πίνακα αληθείας και αποτελέσματα προσομοίωσης του 3 ου σχεδιασμού (σελίδα 15) με το αρχείο προσομοίωσης tutorial_3.vwf. Εργαστήριο Εξοικείωσης a) Σχηματικός Σχεδιασμός-1 με το εργαλείο Graphic Editor Αυτή η παράγραφος θα σάς δώσει οδηγίες για την κατασκευή του αρχείου του πρώτου σχηματικού σχεδιασμού (graphic design) για το project: Ένας απλός σχεδιασμός τριών πυλών. 1. Ανοίξτε το περιβάλλον QUARTUS II 8.0. (Μην δημιουργήσετε νέο project ακόμη.) 2

2. Επιλέξτε New (από το File menu). Συντόμευση: *από το toolbar Το παράθυρο για νέο αρχείο εμφανίζεται. 3. Επιλέξτε Block Diagram/Schematic File. 4. Πατήστε OK. Ένα νέο παράθυρο του Graphic Editor ανοίγει, με την ονομασία Block1.bdf. 5. Επιλέξτε Save As (από το File menu). Συντόμευση: ή: Ctrl + S 6. Διαλέξτε τον φάκελο (directory) που έχετε δημιουργήσει γι αυτή την εργαστηριακή άσκηση στο πεδίο Save in. Πληκτρολογήστε tutorial_1.bdf στο πεδίο File name και επιλέξτε OK. (Στην ερώτηση εάν θέλετε να δημιουργήσετε νέο project, απαντήστε Yes, και ακολουθήστε τις οδηγίες στο βήμα 7.) Lab1 Μπορείτε να δημιουργήσετε το αρχείο σε μια δομή καταλόγων παρόμοια με αυτήν που παρατίθεται στην εικόνα αριστερά. 3

7. Δημιουργία νέου project: Εάν δεν έχετε επιλέξει Create new project based on this file στο προηγούμενο βήμα, επιλέξτε από το menu bar: File New Project Wizard Επιλέξτε Νext. 4

Διαλέξτε τον φάκελο (directory) που έχετε δημιουργήσει γι αυτή την άσκηση (τον ίδιο που έχετε επιλέξει προηγουμένως). Εισάγετε το όνομα tutorial για το project. Πατήστε Next. Πρόσθεση αρχείου στο project: Αν δεν φαίνεται στη λίστα, βρείτε και επιλέξτε το αρχείο tutorial_1.bdf στο πεδίο File name. Πατήστε Add και μετά Next. 5

Διαλογή οικογένειας και συσκευής FPGA που χρησιμοποιείται στην πλακέτα Altera DE1: Στο πεδίο Family επιλέξτε: Cyclone II. Στο πεδίο Available devices επιλέξτε την συσκευή: EP2C20F484C7 Πατήστε Finish. (Πατήστε Next για να δείτε μια περίληψη των επιλογών σας.) 6

8. Κάντε αριστερό double-click (με το mouse) σε οποιοδήποτε κενό σημείο του Graphic Editor. Ανοίγει το παράθυρο διαλόγου Symbol. 9. Πληκτρολογήστε input στο πεδίο Name: και επιλέξτε OK. Μια νέα θύρα εισόδου (input port) έχει τοποθετηθεί στον σχεδιασμό σας στο σημείο ό- που έχετε επιλέξει με το Mouse. Στο παράθυρο διαλόγου Symbol μπορείτε να βρείτε μια λίστα με όλα τα σύμβολα των βασικών λογικών πυλών και στοιχείων πατώντας c:\altera\80\quartus\libraries στο πεδίο Libraries. Τα σύμβολα έχουν ονομασίες που αποτελούνται από τον τύπο της πύλης, ακολουθούμενο από τον αριθμό των εισόδων που έχει. Έτσι, το or6 αντιστοιχεί σε μια OR πύλη 6 εισόδων. Το υπόλοιπο μέρος της ονομασίας θα μελετηθεί σε κατοπινό στάδιο. 10. Επαναλάβετε τα προηγούμενα δύο βήματα για να εισάγετε και τα ακόλουθα σύμβολα: output, or2, και not. 11. Κάντε δεξί κλικ πάνω στο σύμβολο INPUT και επιλέξτε Copy από το pop-up μενού. Συντόμευση: Κρατήστε πατημένο το Ctrl και κάντε αριστερό κλικ στο αντικείμενο, μετακινήστε το mouse για να δημιουργήσετε ένα αντίγραφο του επιλεγμένου συμβόλου. 12. Κάντε δεξί κλικ σε κενό σημείο στο παράθυρο του Graphic Editor και επιλέξτε Paste. 13. Επαναλάβατε τα προηγούμενα δύο βήματα για το σύμβολο not. 7

14. Τοποθετήστε τα αντικείμενα όπως φαίνονται στην εικόνα που ακολουθεί πιο κάτω: Υπόδειξη: Στο View Menu: Zoom In: Zoom Out: ή: Ctrl + Space ή: Ctrl + Shift + Space Μέγεθος Παραθύρου: ή: Ctrl + W Για μετακίνηση ενός αντικειμένου κάντε αριστερό κλικ πάνω του και σύρατε το στο σημείο που επιθυμείτε. Για να επιλέξετε πολλά αντικείμενα, σχηματίστε ένα κουτί που να τα περιέχει κρατώντας πατημένο το αριστερό κουμπί του mouse. Εναλλακτικά, επιλέξτε ξεχωριστά το κάθε αντικείμενο κρατώντας πατημένο το shift. 15. Με αριστερό Double-Click στο κείμενο του PIN_NAME του πρώτου INPUT επιλέγεται το κείμενο. Γράψτε A για να αντικαταστήσετε το κείμενο της ονομασίας. Υπόδειξη: Επιλέξτε το εικονίδιο αλλαγή στο κείμενο. και μετά τη θύρα για 16. Επαναλάβετε το βήμα 15 για ονομασία του δεύτερου input ως B και του output ως C. 17. Τοποθετήστε τον δρομέα στην άκρη του input A. Συντόμευση: Με Enter μετά την αλλαγή του ονόματος ε- νός pin, επιλέγεται αυτόματα το επόμενο pin για αλλαγή. Αμέσως ο δρομέας μετατρέπεται σε σταυρό. Με το εργαλείο αυτό μπορείτε να σχεδιάζετε ευθείες γραμμές (συνδέσεις κυκλώματος) ή γραμμές με μία γωνία. Κρατάτε πατημένο το αριστερό κουμπί για να καθορίσετε την γραμμή. Αφήνετε το στο σημείο που θέλετε να τελειώνει η γραμμή. Στο QUARTUS II, οι γραμμές αναπαριστούν καλώδια και αναφέρονται και σαν κόμβοι (nodes). 18. Σύρετε το mouse στην είσοδο της πρώτης πύλης NOT και αφήστε το αριστερό κουμπί. Γραμμές μπορούν επίσης να γίνουν με το εργαλείο από το Graphic Editor toolbar στα αριστερά του παραθύρου στο QUARTUS II. Για διαγραφή ενός καλωδίου, επιλέξτε το με το mouse και πατήστε Delete. Αν ένα σύμβολο με καλώδια μετακινηθεί, τα καλώδια θα επιμηκυνθούν ή θα σμικρύνουν ανάλογα, για να κρατηθεί το κύκλωμα κλειστό (συνδεδεμένο). 8

19. Συνδέστε το INPUT Β στη δεύτερη πύλη NOT, και τις εξόδους των πυλών NOT στις εισόδους της πύλης OR. Ενώστε την έξοδο της OR στο OUTPUT C, όπως φαίνεται στην εικόνα που ακολουθεί: 20. Αποθηκεύστε το αρχείο, και επιλέξτε Processing Start Compilation. (Βεβαιωθείτε ότι ο τρέχον σχεδιασμός είναι Top-Level Entity.) Με αυτό ανοίγει ο compiler και ο σχεδιασμός ελέγχεται για σφάλματα. Πιθανά σφάλματα ή αλλά μηνύματα παρουσιάζονται στο παράθυρο του Message Processor. Με double-click σε κάθε μήνυμα το αρχείο με το σχεδιασμό θα έρθει μπροστά. Για τον εντοπισμό του σφάλματος ανατρέξτε στην ονομασία του συμβόλου. Τα σύμβολα αναγνωρίζονται σαν <symbol name>:<symbol id>, όπου symbol name είναι ο τύπος του συμβόλου και symbol id είναι το νούμερο του συμβόλου, το οποίο φαίνεται στην κάτω αριστερή γωνία κάθε συμβόλου με κόκκινο και είναι μοναδικό σε κάθε σχεδιασμό. Επαναλάβετε το βήμα 20 μέχρι που ο σχεδιασμός σας να μην περιέχει οποιαδήποτε σφάλματα. 21. Επιλέξτε File Create/update Create Symbol Files for Current File. (Πατήστε SAVE και μετά OK.) Δημιουργώντας το σύμβολο tutorial_1.bsf μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε σε άλλους σχεδιασμούς έτοιμο, χωρίς να χρειάζεται να το ξανασχεδιάσετε. b) Σχηματικός Σχεδιασμός-2a με τον Graphic Editor Η δημιουργία του δεύτερου σχεδιασμού θα σάς εξηγηθεί σε αυτή την παράγραφο. Ο σχεδιασμός αυτός θα συμπεριλάβει τον πρώτο (1), κάνοντας χρήση του συμβόλου που δημιουργήσατε στο βήμα 21 της παραγράφου a. 1. Δημιουργήστε ένα νέο αρχείο σχεδιασμού. «Βήματα a) 2-4. 2. Αποθηκεύστε το αρχείο ως tutorial_2.bdf. «Βήματα a) 5-6. 3. Ανοίξτε το παράθυρο διαλόγου Symbol. «Βήμα a) 8. 4. Επιλέξτε tutorial_1 στο πεδίο Name: και πατήστε OK. 5. Προσθέστε δύο θύρες εισόδου (input ports) και μια θύρα εξόδου (output port) στο αρχείο tutorial_2.bdf. «Βήματα a) 8-9. 6. Μετονομάστε τις εισόδους σε A και B και την έξοδο σε C. «Βήμα a) 15. 9

7. Συνδέστε τις εισόδους και τις εξόδους του συμβόλου tutorial_1 στα αντίστοιχα σύμβολα INPUT και OUTPUT. «Βήματα a) 17-19. tutorial_1 A INPUT VCC A C OUTPUT C B INPUT VCC B inst 8. Αποθηκεύστε το αρχείο tutorial_2.bdf. 9. Επιλέξτε όλα τα αντικείμενα στο σχεδιασμό σας. «Βήμα a) 14. Πριν την εκτύπωση, συνιστάται η επιλογή των αντικειμένων που θέλετε να τυπώσετε ώστε να τυπώνεται μόνο το απαραίτητο μέρος του παραθύρου. Επίσης, όλες οι εκτυπώσεις πρέπει απαραίτητα να έχουν το όνομα, τον αριθμό ταυτότητας και την ημέρα εργαστηρίου σας. 10. Επιλέξτε Print από το File menu. (O εκτυπωτής στο ΛΑ130 είναι ο ECE IBM 1532.) Συντόμευση: Ctrl + P 11. Σημειώστε το Selection στο παράθυρο διαλόγου και πατήστε OK. Τυπώστε και τους δύο σχεδιασμούς, tutorial_1.bdf και tutorial_2.bdf, με το όνομα, τον αριθμό ταυτότητα και την ημέρα εργαστηρίου σας. c) Μετάφραση (Compilation) του Project 1. Επιλέξτε Project Set as Top-Level Entity. Συντόμευση: Ctrl + Shift + J 2. Επιλέξτε Processing Start Compilation. Ο Compiler μεταφράζει αυτόματα όλα τα αρχεία στο τρέχον project, συμπεριλαμβανομένων και των tutorial_2.bdf και tutorial_1.bdf. Παρόλο που αυτό δεν είναι εμφανές με αυτό τον απλό σχεδιασμό, ο compiler παίρνει όλα τα αρχεία που σχετίζονται με το σχεδιασμό (τα οποία μπορεί να είναι πάρα πολλά!) και τα συνδέει μαζί σε ένα project. Ακολούθως, ελέγχει για λογικές ασυνέπειες. Κάθε project πρέπει να μεταφραστεί πριν να προσομοιωθεί. 10

d) Waveform Editor (Επεξεργαστής Κυματομορφών) Αφού έχετε δημιουργήσει το σχεδιασμό σας και τον έχετε μεταφράσει, θα χρησιμοποιήσετε τον επεξεργαστή κυματομορφών για να δημιουργήσετε μια κυματομορφή, την οποία θα χρησιμοποιήσετε για να προσομοιώσετε το κύκλωμα και να δείτε ποια θα είναι η συμπεριφορά του σε αυτήν την είσοδο. 1. Επιλέξτε New (από το File menu) και μετά Vector Waveform File (κάτω από την επιλογή Verification/Debugging Files). 2. Κάντε δεξί κλικ στην στήλη Name: στα αριστερά του παραθύρου του Waveform Editor. Επιλέξτε Insert Insert Node or Bus. Από το καινούργιο παράθυρο διαλόγου πατήστε το κουμπί Node Finder. 3. Πατήστε το κουμπί List, πάνω δεξιά. (Βεβαιωθείτε ότι έχετε επιλέξει Pins: all στο πεδίο Filter, και επίσης το κουμπί Include subentities.) Αμέσως παρατίθεται μια λίστα όλων των θυρών (εισόδων και εξόδων) που εμφανίζονται στο σχεδιασμός σας. Σημείωση: Βεβαιωθείτε ότι τα πεδία Inputs και Outputs είναι σημειωμένα. 4. Πατήστε το κουμπί >> για να προσθέσετε όλες τις θύρες στην κυματομορφή. Πατήστε OK και στα δύο παράθυρα διαλόγου. Σημειώστε ότι οι τρεις θύρες παρουσιάζονται τώρα στην στήλη name, και οι δύο είσοδοι παίρνουν την αρχική τιμή μηδέν. Η έξοδος C σημειώνεται με Χ υποδηλώνοντας ακαθόριστη τιμή. Η έξοδος αυτή θα πάρει την σωστή τιμή μετά την προσομοίωση. Για να αναδιατάξετε την σειρά με την οποία εμφανίζονται οι θύρες κάντε α- ριστερό κλικ στο σύμβολο της θύρας και σύρετε στην επιθυμητή θέση. Πριν ν αρχίσετε να θέτετε τις τιμές στις εισόδους, μπορείτε να αλλάξετε τις επιλογές για αυτό το παράθυρο. 5. Επιλέξτε Edit Grid Size και πληκτρολογήστε 100 ns στο πεδίο Grid Size. 6. Επιλέξτε End Time (Edit menu). Πληκτρολογήστε 1.0us (1.0 microsecond) στο πεδίο Time. Πατήστε OK. Το end time καθορίζει την διάρκεια των διανυσμάτων εισόδου στο παράθυρο προσομοίωσης. 11

7. Επιλέξτε View Snap to Grid και View Fit in Window. 8. Κρατήστε πατημένο το αριστερό κουμπί κάτω από το 200ns κατά μήκος του B. 9. Σύρετε το mouse στα 400ns και αφήστε. Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τρόποι για να δημιουργήσετε κυματομορφές. Κάποιες θα παρουσιαστούν εδώ και με αυτές θα φτιάξετε τις κυματομορφές που ακολουθούν παρακάτω. 10. Πατήστε το από το toolbar. Η κυματομορφή της θύρας B ανάμεσα στα 200ns και τα 400ns έχει τώρα πάρει την λογική τιμή ένα (1). Με την επιλογή κάποιου κομματιού κυματομορφής, ε- νεργοποιείτε το toolbar στα αριστερά. Στον επόμενο πίνακα φαίνεται μια περιγραφή των κουμπιών και της λειτουργίας τους. Οι επιλογές αυτές υπάρχουν επίσης στο μενού που εμφανίζεται με δεξί κλικ σε μια επιλεγμένη περιοχή, κάτω από την επιλογή Value. Επιλέγοντας ολόκληρη τη σειρά από την στήλη Name σάς επιτρέπονται πιο εύκολες αλλαγές όταν θέλετε να αλλάξετε την τιμή μιας κυματομορφής για όλη την διάρκεια της προσομοίωσης. Υπόδειξη: Τα ίδια κουμπιά και συντομεύσεις, π.χ. το zoom, που υπάρχουν στον Graphic Editor, μπορούν να χρησιμοποιηθούν και στο Waveform Editor. Θέτει την επιλεγμένη περιοχή σε λογικό χαμηλό (μηδέν). Θέτει την επιλεγμένη περιοχή σε λογικό υψηλό (ένα). Θέτει την επιλεγμένη περιοχή σε αδιευκρίνιστη λογική τιμή. Θέτει την επιλεγμένη περιοχή σε τιμή υψηλής εμπέδησης (κλειστό κύκλωμα). Αντιστρέφει την λογική τιμή της επιλεγμένης περιοχής. Δημιουργεί μια κυματομορφή ρολογιού. (Εφαρμογή σε επόμενο εργαστήριο.) Αντικαθιστά την επιλεγμένη περιοχή με μια ακολουθία καταμέτρησης (counting sequence). 12

11. Συμπληρώστε τις υπόλοιπες τιμές των κυματομορφών σύμφωνα με την επόμενη εικόνα. Κάντε χρήση οποιασδήποτε μεθόδου πιστεύετε ότι σάς είναι πιο οικεία για να συμπληρώσετε την κυματομορφή. Προσπαθήστε να εξοικειωθείτε με το toolbar. (Σημείωση: Το διάνυσμα για το C δεν χρειάζεται να είναι το ίδιο με την εικόνα αφού θα πάρει την σωστή τιμή κατά την προσομοίωση.) 12. Επιλέξτε Save As (File menu). Το αρχείο tutorial_2.vwf θα πρέπει τώρα να φαίνεται στο πεδίο File Name. 13. Επιλέξτε OK. e) Προσομοιωτής-1 Το επόμενο βήμα τώρα είναι να προσομοιώσουμε την λειτουργία του κυκλώματος. 1. Επιλέξτε Assignments Settings και βεβαιωθείτε ότι κάτω από τα Simulator Settings έχετε επιλέξει Functional στο πεδίο Simulation mode και tutorial_2.vwf στο πεδίο Simulation input. Επίσης, επιλέξτε Overwrite simulation input file with results κάτω από την επιλογή Simulation Output Files. Πατήστε OK. 2. Επιλέξτε Processing Generate Functional Simulation Netlist. 3. Πατήστε ΟΚ στο παράθυρο διαλόγου. 4. Επιλέξτε Processing Start Simulation. 5. Θα εμφανιστεί ένα παράθυρο με τα αποτελέσματα της προσομοίωσης. Τώρα μπορείτε να δείτε το αποτέλεσμα της προσομοίωσης για την έξοδο C, με τις τιμές που ήταν ακαθόριστες να έχουν τώρα συγκεκριμένες τιμές. Ελέγξτε αν οι τιμές συμπίπτουν με τις αναμενόμενες τιμές και σύμφωνα με τον σχεδιασμό σας. Τυπώστε τα αποτελέσματα με το όνομα και τον αριθμό ταυτότητάς σας για να τα συμπεριλάβετε στην αναφορά του εργαστηρίου. Σημείωση: Η προσομοίωση μπορεί να γίνει λαμβάνοντας υπ όψη και τις καθυστερήσεις διάδοσης των τιμών των κυματομορφών μέσα στο υλικό, επιπρόσθετα στη λογική (functional) απόκρι- 13

ση του κυκλώματος. Αυτό μπορεί να αποδειχθεί ιδιαίτερα χρήσιμο στον σχεδιασμό πιο αποδοτικών κυκλωμάτων. Επιλέξτε Assignments Settings και βεβαιωθείτε ότι κάτω από τα Simulator Settings έχετε επιλέξει Timing στο πεδίο Simulation mode. Ξανατρέξτε την προσομοίωση και ξανατυπώστε τα αποτελέσματα σημειώνοντας στο αποτέλεσμα μια ενδεικτική καθυστέρηση. f) Σχηματικός Σχεδιασμός-2b με Graphic Editor Εδώ, θα παρουσιαστεί μια από τις σημαντικότερες δυνατότητες του QUARTUS II, αυτή της διαφοροποίησης του σχεδιασμού και της αντιπαραβολής των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης. 1. Επιλέξτε Open (File menu). Συντόμευση: 2. Πληκτρολογήστε tutorial_1.bdf στο πεδίο File Name: και πατήστε OK. 3. Εισάγετε μια πύλη not οπουδήποτε στον κενό χώρο. 4. Διαγράψτε τον κόμβο (καλώδιο) που συνδέει την έξοδο της OR με την θύρα OUTPUT. 5. Συνδέστε την έξοδο της OR στην είσοδο της NOT και την έξοδο της NOT στην θύρα OUTPUT. «Βήματα a) 17-18. 6. Αποθηκεύστε το αρχείο tutorial_1.bdf και ξανατυπώστε. 7. Επιλέξτε Processing Start Compilation Επιβεβαιωθείτε ότι για το τρέχον project το top-level entity είναι το αρχείο tutorial_2.bdf. Μεταφράζοντας το tutorial_2.bdf, μεταφράζεται και το tutorial_1.bdf α- φού το QUARTUS II έχει ενημερώσει την λογική που αντιστοιχεί στο σύμβολο. Έτσι, οι αλλαγές σε σχεδιασμό πιο χαμηλά στην ιεραρχία δεν πρέπει να ανησυχεί τον σχεδιαστή σε υψηλότερο επίπεδο. g) Προσομοιωτής-2 Για δεύτερη φορά θα χρησιμοποιήσετε τον προσομοιωτή για να πάρετε την έξοδο του νέου κυκλώματος, με την επιπλέον πύλη not. 1. Επιλέξτε Processing Simulator Tool. Συντόμευση: 14

2. Σημειώστε το κουτί δίπλα στο Check outputs. 3. Πατήστε Start. Αυτή η επιλογή θα σάς επιτρέψει να βλέπετε τόσο τις προηγούμενες τιμές των κυματομορφών όσο και τις νέες τιμές, με διαφορετικό όμως χρώμα, ώστε να μπορούν να συγκριθούν και να εντοπιστούν τυχόν ασυμφωνίες στα δύο αποτελέσματα. Αυτός είναι ένας εύκολος τρόπος για να κάνετε αποσφαλμάτωση (debugging) στο κύκλωμα σας, ή για να ελέγχετε τροποποιήσεις που κάνετε. 4. Ανοίξετε τα αποτελέσματα των κυματομορφών. (Πατήστε Report και ξανατυπώστε.) Παρατηρείστε ότι ένα μήνυμα λάθους σάς πληροφορεί για την διαφοροποίηση του διανύσματος για την έξοδο C από την υπάρχουσα τιμή στην κυματομορφή. Αν α- νοίξετε το αρχείο VWF θα δείτε και τις δύο τιμές για το C, την μία πάνω στην άλλη. Η τιμή του C πρέπει να είναι αντιστραμμένη για κάθε μία από τις προσομοιώσεις. h) Σχηματικός Σχεδιασμός-3 Το σχηματικό tutorial_2.bdf θα επεκταθεί στην παράγραφο αυτή, προσθέτοντας δύο επιπλέον στιγμιότυπα του tutorial_1.bdf (χωρίς την τελική not) και δύο σύμβολα input στο σχεδιασμό. Τα βήματα για τη δημιουργία αυτού του σχεδιασμού δεν είναι συγκεκριμένα όπως προηγουμένως, και ίσως χρειαστεί να ανατρέξετε στα προηγούμενα βήματα για ενδελεχή περιγραφή. Επίσης, σημειώστε ότι σχεδιασμοί που παρουσιάστηκαν σ αυτό το εργαστήριο έχουν στόχο να παρουσιάσουν τα διάφορα εργαλεία και τις δυνατότητες του QUARTUS II, και όχι να παρουσιάσουν μεθόδους αποδοτικού σχεδιασμού. 1. Ανοίξετε το αρχείο tutorial_2.bdf (μην πατήσετε Save ως την υπόδειξη στο βήμα 4). 2. Αλλάξετε το σχεδιασμό εισάγοντας δύο σύμβολα tutorial_1 και δύο σύμβολα input στο σχεδιασμό σας. Μετονομάστε την έξοδο σε E και τις επιπλέον εισόδους σε C και D. 3. Αναδιατάξετε το σχεδιασμό και ενώστε τα σύμβολα σύμφωνα με το ακόλουθο σχήμα: tutorial_1 A B C INPUT VCC INPUT VCC INPUT VCC A B inst tutorial_1 A C C tutorial_1 A B inst2 C OUTPUT E D INPUT VCC B inst1 4. Αποθηκεύστε τον σχεδιασμό σας ως tutorial_3.bdf και κρατήστε μια εκτύπωση. 5. Επιλέξτε Project Set as Top-Level Entity. 6. Επιλέξτε Processing Compiler Tool. Επιλέξτε Start για να αρχίσει η μετάφραση. 15

7. Ακολουθώντας τα βήματα στο μέρος d δημιουργήστε μια νέα κυματομορφή με το όνομα tutorial_3.vwf με διάρκεια 800ns και grid size 50ns. Φτιάξτε τις κυματομορφές όπως φαίνεται στο πιο κάτω σχήμα: 8. Εκτελέστε την προσομοίωση του project χρησιμοποιώντας το tutorial_3.vwf file σαν είσοδο. (Επιλέξτε Functional στο πεδίο Simulation mode του Simulator Tool και αφαιρέστε την επιλογή Check outputs.) Επιβεβαιώστε ότι τα αποτελέσματα είναι τα αναμενόμενα (π.χ., συγκρίνετε με τον αντίστοιχο πίνακα αληθείας). Ο σκοπός αυτού του σχεδιασμού είναι να παρουσιαστεί η χρήση πολλών στιγμιότυπων του ιδίου συμβόλου, παρόλο που μπορεί ο σχεδιασμός να απλοποιηθεί σημαντικά σε σχέση με τον αριθμό των πυλών που χρησιμοποιούνται. 9. Κρατήστε μια εκτύπωση του tutorial_3.vwf με τα αποτελέσματα της προσομοίωσης, με το όνομα, αριθμό ταυτότητας και ημέρα εργαστηρίου σας. Συμπεράσματα Αυτό το προπαρασκευαστικό εργαστήριο σχεδιάστηκε για να δώσει μια γενική εικόνα για το πώς σχεδιάζουμε και προσομοιώνουμε ένα κύκλωμα. Για περισσότερη βοήθεια και πληροφορίες συμβουλευτείτε την βοήθεια που παρέχει το περιβάλλον του Quartus II για τα διάφορα εργαλεία (εφαρμογές) ή αναζητείστε στο Διαδίκτυο για πιο εμπεριστατωμένες πηγές βοήθειας. Κατά την διάρκεια του εξαμήνου, θα κληθείτε να χρησιμοποιήσετε τα εργαλεία του Quartus II για καλύτερη κατανόηση του περιεχομένου του μαθήματος και για να αναπτύξετε εξελιγμένες μεθόδους για λογικό σχεδιασμό υλικού και λογισμικού. Παραδοτέα Από αυτό το προπαρασκευαστικό εργαστήριο θα πρέπει να έχετε κρατήσει τις πιο κάτω εκτυπώσεις και να έχετε πάρει υπογραφές για την ορθότητα τους από τους υπεύθυνους του εργαστηρίου: Σχηματικά 1 ου, 2 ου (α και β) και 3 ου σχεδιασμού. Αποτελέσματα 1 ης και 2 ης προσομοίωσης (συμπεριλαμβανομένου της προσομοίωσης χρονισμού). Πίνακα αληθείας και αποτελέσματα προσομοίωσης του 3 ου σχεδιασμού. Τα πιο πάνω πρέπει να συμπεριληφθούν στην αναφορά για την 1 η Εργαστηριακή Άσκηση. 16