Аппаратная реализация учебного проекта

Цель работы – освоение основных приемов работы с САПР Quartus II при использовании текстового описания проекта на языке Verilog. Выполнение процедуры конфигурирования микросхемы ПЛИС.

Одним из вариантов аппаратной реализации проекта цифрового устройства является применение микросхем ПЛИС. При небольшом количестве выпускаемых устройств это может быть самостоятельным техническим решением. При массовом производстве устройств предварительное выполнение проекта на базе ПЛИС может быть осуществлено на этапе аппаратных испытаний прототипа. После чего выпуск устройств реализуется в виде серии заказных микросхем.

Перед компиляцией проекта и его конфигурированием в конкретной микросхеме ПЛИС необходимо сформировать описание функциональной сущности устройства средствами, приемлемыми для восприятия пакетом САПР выбранного производителя. Для микросхем фирмы Altera таким пакетом является продукт Quartus II. Этот пакет позволяет описывать проект следующими способами:

- на языке AHDL (собственный низкоуровневый язык фирмы Altera);

- в виде блок-схемы проекта, подготовленной в графическом редакторе САПР Quartus II с использованием библиотек пакета;

- в виде описания в формате обмена электронными проектами (EDIF);

Последние три способа являются наиболее универсальными, поскольку для этих высокоуровневых языков описания аппаратуры разработаны и введены в действие стандарты, а форматы описаний устройств на их базе поддерживаются практически всеми производителями САПР.

Для того чтобы реализовать проект цифрового устройства, подготовленный на одном из языков высокого уровня, необходимо последовательно задействовать четыре основных модуля САПР Quartus II.

1. Модуль "Analysis & Synthesis" ("Анализ и Синтез") - проверяет конструкторские файлы проекта на наличие синтаксических ошибок и создает единую базу данных проекта, объединяющую все файлы в общую иерархическую структуру. Минимизирует логические функции проекта и выполняет проект в базисе имеющихся в выбранной микросхеме ресурсов (логических элементов, блоков памяти и т. п.).

2. Модуль "Fitter" ("Установщик") - размещает ("Place") элементы проекта в выбранной микросхеме и осуществляет "разводку" ("Route") электрических соединений между ними (виртуально).

3. Модуль "Assembler" ("Сборщик") - формирует на базе данных модуля "Fitter" и данных о подключении портов устройства к конкретным выводам микросхемы (номерам контактов) программный образ проекта, который должен быть загружен при конфигурировании во внутреннюю память ПЛИС. Сформированные данные помещаются в файл одного из следующих форматов:

- Programmer Object File (*.pof) для микросхем типа CPLD, в которых конфигурационные данные хранятся в памяти EEPROM, находящейся внутри ПЛИС (не теряются после выключения питания);

- SRAM Object File (*.sof) для микросхем типа FPGA, в которых конфигурационные данные хранятся во внешней по отношению к ПЛИС памяти flash и загружаются во внутреннюю память SRAM автоматически при включении питания.

4. Модуль "Programmer" ("Программатор") - обеспечивает в комплекте с загрузочным устройством (Byte-Blaster MV, USB-Blaster и др.) физическое конфигурирование микросхемы ПЛИС или конфигурационной микросхемы flash-памяти, устанавливаемой на одной печатной плате с микросхемой ПЛИС типа FPGA.

При выполнении задания необходимо руководствоваться приложением А.

1. Используя подготовленные в лабораторной работе № 6 модули счетчика и дешифратора, создать в САПР Quartus II проект на языке Verilog, реализующий приведенную на рис. 7.1 схему. Перед компиляцией проекта необходимо указать в какой микросхеме ПЛИС он будет реализован. Для используемой в лабораторной работе отладочной платы DE2-115 это микросхема EP4CE115F29 семейства Cyclone IV E с 780 выводами. Кроме этого необходимо назначить входным и выходным портам устройства требуемые номера выводов, с тем, чтобы эти порты подключились на плате к соответствующим элементам схемы.

Обозначения выводов микросхемы, подключенных к соответствующим элементам, приведены в документации на плату DE2-115 [13]. Входной порт clk необходимо подключить к одной из кнопок (key0.. key3), входной порт ena - к одному из переключателей (sw0.. sw17), а выходную шину f[6:0] – к одному из 7-сегментных индикаторов (hex0.. hex7). (Номера используемых элементов указываются преподавателем). При таком подключении выводов микросхемы при подаче напряжения логической 1 на вход ena однократное нажатие на кнопку вызовет увеличение выходного значения счетчика на единицу и, соответственно, смену отображаемого 7-сегментным индикатором символа на следующий по порядку (см. табл. 6.1).

Рис. 7.1. Схема демонстрационного устройства для аппаратной реализации

2. После успешной компиляции проекта необходимо подключить отладочную плату DE2-115 к USB порту компьютера и блоку питания. Осуществить загрузку конфигурации проекта в микросхему, пользуясь утилитой "Programmer". Убедиться в работоспособности аппаратной реализации разработанного устройства путем подачи сигналов с кнопки и переключателя.

3. Подготовить отчет. Отчет должен содержать листинги всех конструкторских файлов (на языке Verilog).

1. Какие способы ввода логики проекта поддерживает САПР Quartus II?

2. Какие физические процессы происходят при конфигурировании (программировании) микросхемы ПЛИС?

3. Что необходимо для конфигурирования микросхем CPLD?

4. Что необходимо для конфигурирования микросхем FPGA?

5. Какое количество логических элементов занимает в микросхеме разработанное устройство? Почему?

6. Для чего необходимо принудительно назначать номера выводов микросхемы портам устройства?

7. На какой стадии обработки данных проекта пакетом САПР Quartus II могут быть получены реальные данные о временных задержках сигналов между отдельными портами устройства?

8. Для чего необходимо указывать в проекте конкретную микросхему ПЛИС?

9. В каких случаях целесообразно использовать ПЛИС в качестве электронной компонентной базы?

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: