86

УЧЕБНОЕ-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ ПО

ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

По курсу «Проектирование на ПЛИС»

Москва 2007г.

Содержание

Аннотация……………………………………………………………………… Введение……………………………………………………………………….. 1. Структура САПР «MAX+PLUSII»………………………………………… 1.1. Основные характеристики САПР «MAX+PLUSII»………………….. 1.2. Программные модули………………………………………………….. 2. Маршрут проектирования ПЛИС в САПР «MAX+PLUSII»…………….. 2.1. Способы описания проектов БИС……………………………………. 2.2. Подготовка контролирующих тестов………………………………… 2.4. Этапы отладки проекта БИС………………………………………….. 2.3..Создание проекта в среде «MAX+PLUSII»………………………….. 3. Основные проектные модули САПР «MAX+PLUSII»…………………… 3.1. Графический редактор схемы……………………………………….. 3.2. Ввод и редактирование тестов.………………………………………. 3.3. Программа моделирования…………………………………………… 3.4. Программатор ПЛИС…………………………………………………. 4. Проектирование ПЛИС в базисе примитивов…………………………….. 4.1. Мультиплексор..………………………………………………………. 4.2. Шифратор..…………………………………………………………….. 4.3. Демультиплексор..……………………………….…………………..... 4.4. Сумматор..………………………….…………………………………. 4.5. Вычитатель……………………………………………………………. 4.6. Асинхронные счетчики ……………..……………………………….. 4.7. Синхронные счетчики …………………..……….…………………… 4.8. Последовательные сумматоры и вычитатели……………………….. 4.9. Дешифратор..………………………………………………………….. 5. Проектирование ПЛИС с использованием LPM модулей……………….. 5.1. LPM модуль счетчика………………………………………………….. 5.1. LPM модуль сдвигового регистра..………………………………….... 5.2. LPM модуль ПЗУ.……………………………………………………… 6. Описание работы схем на поведенческом уровне на языке AHDL…….. 6.1.Введение в язык AHDL………………………………………………… 6.2. Структура текстового описания схем на языке AHDL…………….... 6.3. Основные элементы языка…………………………………………….. 6.3.1. Булевы уравнения, группы……………………………………….. 6.3.2. Оператор IF THEN, CASE ………………………………………... 6.3.3. Описание схем с помощью таблиц истинности………….……… 6.2.4. Операторы FOR ENERATE IF GENERATE …………………….. 6.2.5.. Использование примитивов элементов в языке AHDL……….

4 5 7 7 9 11 11 13 14 16 17 17 20 25 27 28 28 30 32 34 38 41 43 46 48 50 56 58 60 59 59 63 65 65 66 68 70 72

7. Проектирование типовых схем на языке AHDL…………..……………… 7.1. Простые комбинационные схемы….……………..……..………….... 7.2. Мультиплексоры…………………...…………………….……………. 7.3. Шифраторы……………………………………………………………. 7.4. Демультиплексоры…………...………………….………..…………... 7.5. Сумматоры…………………..…….…………………………………… 7.6. Вычитатели…………………………………………………..………… 7.7. Шинные формирователи…………………………………..………….. 7.8. Счетчики…………….…………………………………………………. 7.9. Дешифраторы………………………………………………….………. 7.10. Компараторы…………………………………………………………. Литература……………………………………………………………………...

74 74 75 76 77 78 79 80 82 83 84 85

Аннотация

Данное пособие содержит краткое описание базовых процедур по выполнению лабораторных робот по курсу «Проектирование на ПЛИС». В пособии рассмотрена САПР MAX+PLUSII, предназначенная для проектирования ПЛИС фирмы «Altera». Рассмотрены типовые варианты лабораторных работ.

Введение

Программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС), представляют собой очень удобную элементную базу для разработки электронной аппаратуры. ПЛИС представляют собой массив вентилей, у которых программируются связи и функции, причем все процедуры по настройке структуры ПЛИС можно выполнить непосредственно на столе разработчика. По своим возможностям, по выполняемым функциям ПЛИС практически не чем не отличаются от обычных, специализированных БИС. Однако, в отличие от ПЛИС, изготовление специализированной БИС нужно заказывать на электронной фабрике, что стоит достаточно дорого.

Поэтому, Несмотря на то, что ПЛИС уступают заказным схемам по быстродействию в 35 раз, а по расходу кремния в 710 раз, они очень популярны среди разработчиков аппаратуры, поскольку позволяют в несколько раз сократить сроки разработки аппаратуры, улучшить качество её отладки.

Очень популярны ПЛИС в России. Это объясняется тем, что Российские разработчики аппаратуры практически не имеют возможности заказывать изготовление специализированных БИС за рубежом. Уровень же отечественных предприятий, выпускающих микросхем очень сильно отстаёт от мирового. В такой ситуации ПЛИС являются той самой «палочкой-выручалочкой», позволяющей Российским разработчикам создавать современную аппаратуру. По этой причине практически все специализированные узлы аппаратуры систем связи, обработки сложной графической информации, специализированных вычислителей разрабатываются в России исключительно на базе ПЛИС.

В России наиболее популярны ПЛИС фирм Altera и Xilins С помощью этих микросхем можно достаточно быстро выполнять разработку цифровой аппаратуры самого различного спектра. Наиболее доступными являются все-таки ПЛИС фирмы Altera. Фирма Altera проводит достаточно демократическую политику на Российском рынке. Имеется небольшая, но достаточно эффективная дилерская сеть. Заинтересованным пользователям Фирма Altera предлагает бесплатные средства проектирования – САПР MAX+PLUSII (полная версия) и САПР QUARTUS (начальная редакция). С помощью этих бесплатных средств можно разрабатывать достаточно серьёзные проекты БИС. Если учесть, что ПЛИС фирмы более дешевые и доступные, то становиться понятным, что большинство разработок в России используют ПЛИС Altera.

Фирма Altera предоставляет широкий набор различных ПЛИС для применения в аппаратуре различного назначения. Эти ПЛИС можно разбить на 3 основные группы (классические PLD, ПЛИС архитектуры MAX и ПЛИС архитектуры FLEX).

Классические PLD представляют собой ПЛИС небольшого объёма, выполненные на основе программируемый логических матриц (ПЛМ). Имеют степень интеграции несколько сотен вентилей и используются для разработки БИС, реализующих простые функции.

ПЛИС архитектуры МАХ являются более сложными микросхемами. Они состоят из совокупности несколько PLD, объединённых матрицей коммутации. По степени интеграции ПЛИС архитектуры МАХ могут достигать 20000 вентилей. Они применяются для разработке аппаратуры средней сложности.

ПЛИС архитектуры FLEХ являются самыми сложными микросхемами, построенными на базе системы программируемых логических блоков. По степени интеграции ПЛИС архитектуры FLEХ достигают объёма в несколько миллионов вентилей. На их основе возможно создавать даже программируемые системы на кристалле (ПСНК).

С учетом вышесказанного, курс «проектирование на ПЛИС» ориентирован на изучение проектирования ПЛИС применительно к средствам проектирования ПЛИС Altera. Базовой системой проектирования выбрана доступная САПР ПЛИС – «MAX+PLUSII».

1. Структура САПР MAX+PLUSII

1.1. Основные характеристики САПР MAX+PLUSII

САПР MAX+PLUSII представляет собой архитектурно-независимую среду проектирования, которая легко приспосабливается к конкретным проектным требованиям и может работать на различных компьютерных платформах.

Система проектирования MAX+PLUSII, как показано на рис 1.1., является функционально полной САПР для реализации для реализации проектов на микросхемах программируемой логики фирмы Altera семейств MAX 3000, MAX 5000, MAX 7000, MAX 9000, FLEX 6000, FLEX 8000, FLEX 10K, ACEX 1K.

САПР MAX+PLUSII, разработанный фирмой Altera, предоставляет полный спектр возможностей для разработки цифровых микросистем:

• возможность проектирования различными методами,

• логический синтез устройств, компиляцию проекта,

• функциональное и временное моделирование,

• связанное моделирование нескольких устройств,

• временной анализ разрабатываемых схем,

• автоматическое обнаружение ошибок проектирования,

• программирование, конфигурирование и проверку ПЛИС.

САПР MAX+PLUSIIпозволяет обрабатывать файлы языка AHDL (Altera Hardware Description Language), стандартные файлы EDIF, Verilog HDL, VHDL, схемотехнические файлы OrCAD. Кроме этого, MAX+PLUSII читает файлы Xilinx и позволяет получать файлы в формате SDF (Standard Delay Format).

Рис. 1.1. Задачи, решаемые САПР MAX+PLUSII.

MAX+PLUSII имеет богатый графический интерфейс, дополненный иллюстрированной справочной системой. Обширная библиотека разработанных компанией Altera мега и макрофункций, включая операционные устройства из библиотеки параметризованных модулей (Library of Parameterized Modules), обеспечивает широкий спектр возможностей для ввода проекта. Полный пакет MAX+PLUSII включает 11 интегрированных приложений, которыми пользуются при создании проектов (рис 1.2).

Приложения MAX+PLUSII

Рис. 1.2. Структура пакета MAX+PLUSII

Кроме пакета из 11 приложений MAX+PLUSII включает менеджер проектов, под управлением которого выполняется проектирование микросхем. При работе в менеджере проектов одновременно активными могут быть несколько приложений, можно переключаться между ними с помощью одного щелчка мыши или с помощью команды меню. В то же время можно выполнять одно из фоновых приложений – компилятор, симулятор, анализатор времени или программатор. Одинаковые команды в разных приложениях облегчают задачу разработчика. Можно легко минимизировать окно приложения, превратив его в значок, не закрывая само приложение, а потом восстановить его первоначальный размер. Эта особенность позволяет эффективно работать с компонентами, не загромождая экран.