9.4. Основи проектування цифрових пристроїв

на ПЛІС в САПР МАХ+plus II

9.4.1. Загальний опис САПР MAX+plus II

Система автоматизованого проектування MAX+plus II призначена для проектування електронних система середнього рівня складності на ПЛІС ALTERA. Програмне забезпечення системи MAX+plus II представляє собою єдине ціле, забезпечує керування користувачем середовищем проектування і допомагає досягти максимальної ефективності та швидкості в розробці електронних систем.

Під час інсталяції системи MAX+plus II створюються два каталоги: \maxplus2 та \max2work. Каталог \maxplus2 містить системне програмне забезпечення та файли даних. Каталог \max2work містить файли навчальної програми та приклади. Файли проектів бажано створювати саме в цьому каталозі, оскільки це дозволить запобігти плутанини і дозволить швидше відшукувати потрібні файли.

Система MAX+plus II пропонує повний спектр можливостей логічного дизайну: різні засоби опису проекту з ієрархічною структурою, потужний логічний синтез, компіляцію з заданими часовими параметрами, розділення на частини, функціональне та часове тестування (симуляцію), тестування декількох пов’язаних пристроїв, автоматичну локалізацію помилок, а також програмування ПЛІС. У системі MAX+plus II можна як читати, так і записувати файли на мові AHDL, файли на мовах опису апаратури Verilog HDL та VHDL, а також схемні файли OrCAD. Є можливість опису проекту у вигляді файлу на мові опису апаратури, створеному у зовнішньому редакторі або у текстовому редакторі MAX+plus II, у вигляді електричної схеми, створеної у графічному редакторі Graphiс Editor, у вигляді часової діаграми, створеної в редакторі Waveform Editor. Для роботи зі складними ієрархічними проектами з кожної частини схеми може бути створений символ, редагування якого виконується у графічному редакторі. Під проектом розуміється сукупність ієрархічно зв’язаних файлів проекту. Такі команди, як відкриття файлів, ввід призначень пристроїв, виводів та логічних елементів, компіляція проекту, схожі для багатьох редакторів системи. Редактори для розробки проекту дозволяють виконувати схожі задачі (наприклад, пошук символу) схожими засобами. Можна легко комбінувати різні типи файлів проекту в ієрархічному проекті, обираючи для кожного функціонального блоку той формат, який найбільше підходить.

Усі пакети працюють як на платформі IBM PC, так і на платформах SUN, IBM RISC/6000 і HP9000. Надалі розглядатимемо роботу на платформі IBM PC.

Для нормальної інсталяції і роботи САПР МAX+plus II (версія 9.4 вийшла в грудні 1999 року) необхідна IBM PC-сумісна ЕОМ із процесором не гірше Pentium, обсягом ОЗП не гірше 16 МБ і вільним місцем на жорсткому диску порядку 150 – 400 МБ в залежності від конфігурації системи. Для розробки великих кристалів на ПЛІС FLEX10 і вище бажано мати не менш 64 МБ ОЗП (краще 128 МБ і вище) і процесор Pentium II. Звичайно, можна використовувати і більш слабкі машини, але тоді зростає час компіляції і збільшується навантаження на жорсткий диск через свопінг. Збільшення обсягу оперативної пам’яті і КЕШ-пам’яті дає кращі результати в порівнянні зі збільшенням тактової частоти процесора. Якщо не передбачається трасування великих кристалів, то цілком вистачає 32 МБ ОЗП при нормальній швидкості компіляції проекту. Що стосується вибору операційної системи, то, без сумніву, краще використовувати Windows NT, Windows 98.

Назва системи МAX+plus II є абревіатурою від Multiple Array мatriХ Programmable Logic User System (користувацька система програмування логіки упорядкованих структур). Система МAX+plus II легко пристосовується до конкретних вимог користувача. Вона має засоби зручного ведення проекту, швидкого аналізу як логіки, так і часових параметрів, безпосереднього програмування пристроїв.

Процедуру розробки нового проекту можна представити наступним чином:

• створюється новий файл проекту або ієрархічна структура декількох файлів проекту з використанням редакторів розробки проекту в системі MAX+plus II;

• задається ім’я файлу проекту в якості імені проекту;

• призначається сімейство ПЛІС для реалізації проекту. Користувач може сам призначити конкретний пристрій або запропонувати це компілятору для оцінки ресурсів;

• відкриваються вікна компілятора (Compiler) і виконується його запуск натисканням кнопки Start для початку компіляції проекту;

• у разі вдалої компіляції проводиться тестування і часовий аналіз;

• програмування ПЛІС, що виконується шляхом запуску модуля програматора (Programmer) з послідуючим розташуванням пристрою в програмуючому адаптері програматора.

9.4.2. Початок роботи з САПР МAX+plus II

Рис. 9.10

Для початку роботи з системою МAX+plus II після установки на комп’ютер слід з меню Пуск (Start) вибрати підменю Програми (Programs), далі вибрати підменю МAX+plus II 9.23 Baseline і запустити файл МAX+plus II 9.23 Baseline (рис. 9.10).

Після запуску системи МAX+plus II автоматично відчиняється головне меню, яке охоплює всі її прикладні програми. У верхній частині вікна відображені назва проекту та ім’я поточного файлу проекту. Потім слідує строчка меню, під нею панель основних інструментів системи, яка забезпечує швидкий виклик її компонентів. Виклик компонентів системи зручно проводити через вікно меню МAX+plus II, представленого на рис. 9.11.

Рис. 9.11

У Табл. 9.2 приведено вигляд кнопок, функції яких відповідають пунктам меню МAX+plus II, а також описується їх призначення.

Табл. 9.2

Додаток	Функція
Hierarchy Display	Огляд ієрархії – відображає поточну ієрархічну структуру файлів у вигляді дерева з гілками, що представляють собою окремі файли проекту. Можна візуально визначити, чи є файл проекту схемним, текстовим чи сигнальним, які файли відкриті в даний момент, які допоміжні файли в проекті доступні користувачу для редагування. Можна також безпосередньо відкрити чи закрити один або кілька файлів дерева і ввести призначення ресурсів для них.
Graphic Editor	Графічний редактор – дозволяє розробляти схемний логічний дизайн у форматі реального відображення на екрані WYSIWYG. Застосовуючи розроблені фірмою ALTERA примітиви, мегафункції і макрофункції як основні блоки розробки. Користувач може також використовувати власні символи.
Symbol Editor	Символьний редактор – дозволяє редагувати існуючі символи і створювати нові.
Text Editor	Текстовий редактор – дозволяє створювати і редагувати текстові файли проекту, написані на мовах опису апаратури AHDL, VHDL і Verilog HDL. Крім того, у цьому редакторі можна створювати, переглядати і редагувати інші файли формату ASCII, які використовуються іншими редакторами системи МAX+plus II. Можна створювати файли на мовах HDL і в інших текстових редакторах, однак даний текстовий редактор системи МAX+plus II дає переваги у виді контекстної довідки, виділення кольором синтаксичних конструкцій і готових шаблонів мов AHDL, VHDL і Verilog HDL.
Waveform Editor	Сигнальний редактор – виконує подвійну функцію: інструмент для розробки дизайну та інструмент для введення тестових сигналів і спостереження результатів тестування.
Floorplan Editor	Порівневий планувальник – дозволяє графічними засобами робити призначення виводам пристрою і ресурсів логічних елементів і блоків. Можна редагувати розташування виводів на кресленні корпуса пристрою і призначати сигнали окремим логічним елементам на більш докладній схемі логічної структури (LAB-View). Можна також переглядати результати останньої компіляції.
Compiler	Компілятор – обробляє логічні проекти, розроблені для сімейств пристроїв Altera Classic, MAX 5000, MAX 7000, MAX 9000, FLEX 6000, FLEX 8000 і FLEX 10K. Більшість завдань виконується автоматично. Однак користувач може керувати процесом компіляції повністю чи частково.
Simulator	Симулятор – дозволяє тестувати логічні операції і внутрішню синхронізацію спроектованої логічної схеми. Можливі три режими тестування: функціональне, часове і тестування декількох з’єднаних між собою пристроїв.
Timing Analyzer	Аналізатор часових параметрів – аналізує роботу проектованого логічного пристрою після того, як він був синтезований і оптимізований компілятором. Дозволяє оцінити затримки, що виникають у схемі.
Programmer	Програматор – дозволяє програмувати, конфігурувати, проводити верифікацію і випробувати пристрої фірми ALTERA.
Message Processor	Генератор повідомлень – видає на екран повідомлення про помилки, що попереджають інформаційні повідомлення про стан проекту користувача і дозволяє користувачу автоматично знайти джерело повідомлення у вихідному чи допоміжному файлі (файлах) і в порівневому планувальнику.

Програмне забезпечення системи містить одинадцять прикладних програм та головну керуючу оболонку. Різні додаткові програми, що створюють файли проекту, можуть бути активізовані миттєво шляхом вибору відповідного пункту меню та натисканням лівої кнопки миші. Файл проекту – це графічний, текстовий або сигнальний файл, створений за допомогою відповідного редактора системи МAX+plus II. Проект складається з усіх файлів ієрархічної структури дизайну. Тому кожний новий проект бажано починати в новому підкаталозі з відповідною назвою. Схемні файли проекту створюються в графічному редакторі. Можна також відкрити, редагувати і зберігати схеми, створені схемним редактором OrCAD.

Для запуску графічного редактора слід вибрати пункт Graphic Editor з меню МAX+plus II або натиснути відповідну кнопку на панелі інструментів. Слід відмітити, що основна робота з розробки схем буде проводитись у графічному редакторі.

Проекти на мовах AHDL, VHDL та Verilog HDL створюється у текстовому редакторі МAX+plus II Text Editor, або в будь якому іншому. Сигнальні проекти створюються в сигнальному редакторі МAX+plus II Waveform Editor. Запуск будь-якого з цих редакторів виконується шляхом вибору відповідного пункту меню з назвою редактора та натисканням лівої кнопки миші.