2_1 (774785)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Работа №1. Проектирование цифровых устройств на основе ПЛИС фирмы Xilinx. Создание проекта, схемотехническое описание устройства и его синтез

Цель работы: практически овладеть проектированием цифровых устройств на основе ПЛИС фирмы Xilinx с помощью САПР WEB PACK ISE 6.3.01i на этапах создания проекта, схемотехнического описания и синтеза устройства.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1. Назначение и характеристики ПЛИС. Этапы проектирования цифровых устройств на их основе

ПЛИС являются высокотехнологичной, перспективной элементной базой при разработке высокопроизводительных цифровых устройств. Область применения ПЛИС практически безгранична: это цифровая обработка сигналов, телекоммуникации и сетевые решения, видеообработка, промышленное оборудование, измерительная и медицинская техника, а также специальная аппаратура.

Главное отличительное свойство ПЛИС - это возможность их настройки на выполнение заданных функций самим пользователем. Современные ПЛИС характеризуются низкой стоимостью, высоким быстродействием, значительными функциональными возможностями, многократностью перепрограммирования, низкой потребляемой мощностью, малым временем разработки цифровых устройств на основе ПЛИС даже для достаточно сложных проектов, наличием САПР устройств на базе ПЛИС.

В настоящее время ведущими мировыми производителями ПЛИС являются фирмы Xilinx и Altera. Лабораторные работы данного учебного пособия посвящены проектированию цифровых устройств на основе ПЛИС фирмы Xilinx с помощью САПР WEB PACK ISE 6.3.01i.

В процессе разработки цифровых устройств на основе ПЛИС фирмы Xilinx в общем случае можно выделить следующие этапы:

• создание нового проекта (выбор семейства и типа ПЛИС, а также средств синтеза);

• подготовка описания проектируемого устройства в схемотехнической, алгоритмической или текстовой форме;

• синтез устройства;

• функциональное моделирование;

• размещение и трассировка проекта в кристалле;

• временное моделирование;

• программирование ПЛИС (загрузка проекта в кристалл).

Перед созданием нового проекта следует определиться с выбором метода описания разрабатываемого устройства и соответственно средств синтеза. Выбранное семейство или тип кристалла при необходимости достаточно легко можно изменить в процессе проектирования. Исходная информация о проектируемом устройстве может быть представлена в виде принципиальных схем, программ на языках описания аппаратуры HDL (Hardware Description Language), диаграмм состояний, временных диаграмм, пакетов и библиотек пользователя. На этом же этапе можно установить временные и топологические ограничения, которые должны учитываться при синтезе, размещении и трассировке проекта в кристалле. В процессе синтеза на основании исходных модулей проекта формируется список соединений (netlist).

Результаты синтеза используются далее в качестве исходных данных средствами размещения и трассировки. Функциональное моделирование устройства производится без учета реальных значений задержек прохождения сигналов и позволяет проконтролировать соответствие выходных сигналов алгоритму работы проектируемого устройства. На этапе размещения и трассировки проекта в кристалл производится распределение выполняемых функций в конфигурируемые логические блоки CLB (Configurable Logic Block) или макроячейки (Macrocell) в зависимости от используемого семейства ПЛИС и формирование необходимых связей в кристалле. Основным результатом этапа размещения и трассировки является формирование файла, в котором содержится информация о конфигурации ПЛИС, реализующей проектируемое устройство. Завершением процесса разработки цифрового устройства является загрузка конфигурационных данных в кристалл с помощью соответствующих программ и загрузочного кабеля. Этапы функционального и временного моделирования не являются обязательными. Тем не менее не рекомендуется пренебрегать этими этапами, так как средства моделирования позволяют обнаружить большинство возможных ошибок и тем самым значительно сократить общее время разработки устройства.

Выполнение этапов создания нового проекта и подготовки исходных описаний проектируемого устройства не зависит от выбора структуры ПЛИС (CPLD или FPGA), используемой для его реализации. Содержание последующих этапов (синтеза, функционального и временного моделирования, размещения, трассировки и загрузки проекта в кристалл) различается для случаев использования ПЛИС структур CPLD и FPGA. В этой и следующей лабораторной работе будут применяться ПЛИС структуры CPLD.

1.2. Создание нового проекта в САПР Web Pack ISE

Для работы в САПР WEB PACK ISE 6.3.01i следует запустить Project Navigator двойным щелчком левой кнопки мыши. Для создания нового проекта нужно выбрать File в основном меню Навигатора проекта, а затем New Project во всплывающем меню (рис.1.1).

Рис.1.1

В результате указанных действий открывается диалоговая панель, в которой должны быть представлены исходные данные для создания проекта (рис. 1.2): название проекта; диск и каталог, в котором предполагается расположить все файлы проекта; способ описания

проектируемого устройства.

Р ис.1.2

После нажатия кнопки Далее на экран выведется форма, где нужно выбрать следующие характеристики (рис.1.3): семейство ПЛИС, на базе которого разрабатывается устройство (Device family); тип кристалла (Device); тип корпуса (Package); быстродействие кристалла (Speed grade); средства синтеза устройства (Synthesis Tool); программу для моделирования (Simulator) и язык моделирования (Generated Simulation Language).

С емейство ПЛИС выбирается среди значений параметра Device Family из выпадающего списка путем нажатия на справа от Device Family.

В поле выбора типа кристалла для реализации проектируемого устройства автоматически отображается тип ПЛИС, установленный по умолчанию для выбранного семейства. Тип кристалла можно изменить, выбрав одно из значений выпадающего списка, соответствующего параметру Device. Если определить тип кристалла затруднительно, то следует использовать автоматический выбор типа кристалла. Для этого необходимо в списке ПЛИС выбрать строку Auto для требуемого семейства ПЛИС. Программы трассировки определят кристалл с минимальным количеством ресурсов, необходимых для реализации разрабатываемого устройства.

Рис.1.3

Если в качестве типа кристалла задано значение Auto, то в поле Package выбора типа корпуса кристалла отображается символ «*», соответствующий режиму автоматического выбора типа корпуса. В этом случае также можно указать конкретный тип корпуса с неопределенным количеством выводов. Для этого следует выбрать значение * из выпадающего списка. Если в поле Device указан определенный тип ПЛИС, то выпадающий список значений поля выбора Package содержит обозначения только тех типов корпусов, в которых выпускается данный кристалл.

Для указания быстродействия выбранной ПЛИС следует выбрать из выпадающего списка одно из значений для параметра Speed Grade. Если тип кристалла не конкретизирован (в поле Device указано значение Auto), то список содержит единственное значение «*», соответствующее режиму автоматического выбора быстродействия ПЛИС.

Набор поддерживаемых средств синтеза определяется выбранным семейством ПЛИС. Пакет Web PACK ISE поддерживает следующие инструменты синтеза: XST VHDL, XST Verilog, ABEL XST VHDL, ABEL XST Verilog. Но не все семейства ПЛИС поддерживают указанные средства синтеза. Навигатор проекта автоматиче­ски корректирует содержимое выпадающего списка инструментов синтеза в соот­ветствии с выбранным семейством ПЛИС. В строке языка моделирования в данной лабораторной работе укажем Verilog. Нажмем кнопку Далее.

В случае успешного создания, появляется окно исходных модулей нового проекта (рис.1.4), которое содержит две пиктограммы: заголовка и описания проекта. Только что созданный проект имеет заголовок, совпадающий с названием проекта. В строке описания проекта отображаются заданные при его создании основные параметры.

Рис.1.4

1.3. Создание основы новых модулей исходного описания

проектируемого устройства и

добавление готовых модулей в проект

Д ля создания основы нового модуля исходного описания проекта следует нажать кнопку на оперативной панели, которая дублирует команду New Source из раздела Project основного меню. В открывшейся диалоговой панели, показанной на рис.1.5 слева, необходимо выбрать тип нового модуля: схемотехнический (Schematic); в виде диаграммы состояний и переходов между ними (State Diagram), временной диаграммы (Test Bench Waveform), документа пользователя (User Document), описаний на одном из языков высокого уровня для описания аппаратуры HDL (Verilog или VHDL).

.

Рис.1.5

Содержание списка возможных типов исходных модулей зависит от выбранного семейства ПЛИС, мар­шрута проектирования и средств синтеза, используемых в проекте. Необходимо обратить внимание на состояние индикатора автоматического включения модуля в состав проекта Add to project. Если флаг индикатора установлен (поле ин­дикатора помечено маркером), то созданный модуль автоматически включается в состав текущего проекта. Затем нужно задать имя файла модуля исходного описания и указать место расположения файла на диске, нажать кнопку Далее и Готово.

При успешном создании в окне исходных модулей добавляется пиктограмма, соответствующая типу нового модуля (рис 1.6). Следует обратить внимание на то, что пока это только основа (заготовка) модуля исходного описания. Его содержимое формируется далее с помощью программы пакета, соответствующей типу созданного модуля, например, схемотехнического или текстового редактора, редактора диаграмм состояний StateCad, генератора тестов HDL Bencher, редактора временных и топологических ограничений Constraints Editor.

Кроме создания новых исходных модулей, можно добавлять в проект готовые существующие модули (ресурсы, файлы). Для этого в меню Project используем Add Source, выбираем готовый модуль, например файл схемотехнического описания с расширением .sch, нажимаем кнопку Открыть. Тогда готовый модуль появляется в иерархии модулей п роекта.

Рис.1.6

1.4. Разработка схемотехнического описания проекта

Для создания принципиальной схемы разрабатываемого устройства или его функциональных блоков в качестве типа нового модуля в открывшейся диалоговой панели (рис.1.5) необходимо выбрать Schematic. Для примера, в проекте Reg создадим принципиальную схему разрабатываемого устройства - 5 разрядного сдвигающего на 2 разряда вправо регистра на D триггерах в модуле исходного описания shema.sch. Для этого в диалоговой панели параметров нового модуля укажем в качестве имени модуля shema, и нажмем кнопку Далее.

Чтобы открыть окно схемотехнического редактора ECS, нужно дважды щелкнуть на пиктограмме в окне исходных модулей (рис.1.6).

Процесс создания принципиальной схемы проектируемого устройства в редакторе ECS включает в себя выполнение следующих операций:

• ввод символов элементов схемы;

• выполнение необходимых соединений в виде проводников и шин;

• ввод имен цепей и шин;

• установка маркеров, определяющих назначение цепей, используемых для подключения "внешних" элементов или выводов ПЛИС;

• ввод необходимых атрибутов;

• формирование вспомогательных графических изображений и текстовых комментариев на страницах схемы.

При открытии окна схемотехнического редактора активизирован основной режим выбора объекта, установленный по умолчанию. В этом режиме осуществляется выделение, перемещение и удаление элементов схемы, а также просмотр и редактирование их параметров.

Для активизации режима ввода символов компонентов создаваемой схемы предназначена кнопка , а также команда Symbol из всплывающего меню Add. Прежде всего, сле­дует выбрать нужную функциональную группу символов библиотеки компонентов в поле Categories на странице Symbols (рис. 1.7).

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов книги