Студопедия — Введение. Цифровой аппаратурой называются устройства, в которых (с логической точки зрения, со стороны пользователя) входная и выходная информация представляется в
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Введение. Цифровой аппаратурой называются устройства, в которых (с логической точки зрения, со стороны пользователя) входная и выходная информация представляется в






Введение в логическое проектирование аппаратуры

Цифровой аппаратурой называются устройства, в которых (с логической точки зрения, со стороны пользователя) входная и выходная информация представляется в дискретной форме, а обработка информации осуществляется с помощью дискретных преобразований. Примерами цифровой аппаратуры являются счеты, арифмометры, калькуляторы, микропроцессоры, процессоры цифровой обработки сигналов и другие устройства. Как правило, если речь идет о цифровой электронике, под дискретным представлением информации понимается двоичное представление. Есть и исключения, например, троичная ЭВМ «Сетунь» (Н.П. Брусенцов, МГУ, 1959 г.). Оппозицию цифровой аппаратуре составляет так называемая аналоговая аппаратура. К этому классу относятся радио, пленочные фотоаппараты, аналоговые компьютеры и другие. Аналоговая аппаратура в курсе не рассматривается, поэтому в дальнейшем (для краткости) будем называть цифровую (электронную) аппаратуру просто аппаратурой.

Под проектированием аппаратуры понимается процесс разработки технической документации, на основании которой может быть изготовлено устройство (микросхема, печатная плата), удовлетворяющее заданным требованиям (техническому заданию). Требования задают функциональность устройства, размеры, потребляемую мощность, диапазон рабочих температур и другие характеристики. Основным типом требований, которые придают устройству осмысленность, являются функциональные требования. Они определяют, что устройство должно делать, не вдаваясь в детали, как оно будет это делать, и как, по какой технологии, оно будет изготовлено. В общих словах, проектирование можно рассматривать как синтез системы с заданной функциональностью на определенной элементной базе при выполнении заданных ограничений. В нашем курсе мы будем рассматривать только функциональные ограничения.

Различают следующие основные этапы процесса проектирования аппаратуры:

  1. Поведенческое проектирование (уровень архитектуры).
  2. Детальное проектирование (уровень регистровых передач).
  3. Логический синтез (уровень логических вентилей).
  4. Физический синтез (уровень транзисторов).

Основным средством поведенческого проектирования (первый этап) являются языки программирования высокого уровня (C/C++) и языки системного проектирования (SystemC, SystemVerilog). Результатом этого этапа, помимо уточнения требований и создания соответствующей документации, является программный эмулятор разрабатываемой аппаратуры. Важно отметить, что такие эмуляторы используются для верификации в качестве эталонных моделей.

На втором этапе с использованием языка описания аппаратуры (Verilog, VHDL) предельно точно описывается логическая структура и функционирование устройства. Широко распространенным подходом, применяемым при построении аппаратуры, является синхронизация подсистем с помощью так называемого синхроимпульса (тактового сигнала), который передается во все модули устройства и управляет пересылками сигналов внутри модулей и между ними. Такое описание называется моделью уровня регистровых передач (RTL, register transfer level).

В рамках третьего этапа получается схема из логических вентилей в заданном базисе, функционально эквивалентная разработанной ранее RTL-модели. В настоящее время данный этап автоматизирован, хотя не исключена ручная доработка схемы в целях оптимизации. Процесс получения логической схемы из RTL-модели называется логическим синтезом. Если проводить аналогию с разработкой ПО, логический синтез соответствует трансляции программы с языка высокого уровня в машинный код.

На четвертом этапе осуществляется размещение и трассировка топологии схемы на кристалле для заданного набора технологических ограничений (взаимное расположение элементов схемы, площадь кристалла, минимальное расстояние между проводниками, размер проводника и т.п.). Этап физического проектирования, также как и предшествующий ему этап логического проектирования, автоматизирован средствами современных САПР. Процесс, в результате которого решаются указанные выше задачи называется физическим синтезом.

Нас, прежде всего, будет интересовать логическое (функциональное) проектирование аппаратуры, которое охватывает первые три этапа. Особое внимание мы будем уделять проектированию на уровне регистровых передач и немного на уровне вентилей (gate-level design). Результатом логического проектирования является исполнимая модель (другими словами, программа), которую можно выполнять в специальной среде имитационного моделирования (симуляторе).

В своей работе мы будем использовать следующие инструменты:

  1. Icarus Verilog (http://sourceforge.net/projects/iverilog) — Verilog-симулятор.
  2. GTKWave (http://sourceforge.net/projects/gtkwave) — визуализатор диаграмм сигналов.

Домашнее задание. Установить указанные выше инструменты на домашний компьютер. Проще это сделать под Linux. Если вы привыкли работать в Windows, можете установить виртуальную машину VirtualBox (https://www.virtualbox.org).







Дата добавления: 2015-08-27; просмотров: 511. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Аальтернативная стоимость. Кривая производственных возможностей В экономике Буридании есть 100 ед. труда с производительностью 4 м ткани или 2 кг мяса...

Вычисление основной дактилоскопической формулы Вычислением основной дактоформулы обычно занимается следователь. Для этого все десять пальцев разбиваются на пять пар...

Расчетные и графические задания Равновесный объем - это объем, определяемый равенством спроса и предложения...

Кардиналистский и ординалистский подходы Кардиналистский (количественный подход) к анализу полезности основан на представлении о возможности измерения различных благ в условных единицах полезности...

Тема 5. Анализ количественного и качественного состава персонала Персонал является одним из важнейших факторов в организации. Его состояние и эффективное использование прямо влияет на конечные результаты хозяйственной деятельности организации.

Билет №7 (1 вопрос) Язык как средство общения и форма существования национальной культуры. Русский литературный язык как нормированная и обработанная форма общенародного языка Важнейшая функция языка - коммуникативная функция, т.е. функция общения Язык представлен в двух своих разновидностях...

Патристика и схоластика как этап в средневековой философии Основной задачей теологии является толкование Священного писания, доказательство существования Бога и формулировка догматов Церкви...

Плейотропное действие генов. Примеры. Плейотропное действие генов - это зависимость нескольких признаков от одного гена, то есть множественное действие одного гена...

Методика обучения письму и письменной речи на иностранном языке в средней школе. Различают письмо и письменную речь. Письмо – объект овладения графической и орфографической системами иностранного языка для фиксации языкового и речевого материала...

Классификация холодных блюд и закусок. Урок №2 Тема: Холодные блюда и закуски. Значение холодных блюд и закусок. Классификация холодных блюд и закусок. Кулинарная обработка продуктов...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.011 сек.) русская версия | украинская версия