«Языки описания ПЛИС»

Дисциплина «Языки описания ПЛИС» является дисциплиной вариативной части профессионального цикла в подготовке магистров.

Целью настоящей дисциплины является формирование специальных знаний, умений, навыков расчета и проектирования, а также компетенций в области разработки, программирования эксплуатации устройств построенных на программируемой логике.

Задачи дисциплины:

- изучение процессов, протекающих в типовых узлах цифровых устройств;

- изучение логических основ построения электронных вычислительных устройств на ПЛИС;

- изучение архитектур современных ПЛИС.

2.  Место дисциплины в структуре ООП

Дисциплина «Языки описания ПЛИС» входит в профессиональный цикл (вариативная базовая часть) подготовки магистров.

Магистр, начинающий изучение дисциплины «Языки описания ПЛИС», должен знать изученные им ранее дисциплины «Устройства приема и обработки сигналов»

Последующие дисциплины: «Радиотехнические системы передачи информации», «Цифровая обработка сигналов».

3. Требования к результатам освоения дисциплины

3.1. В результате освоения дисциплины «Языки описания ПЛИС» должны быть сформированы следующие компетенции:

а) способность выполнять моделирование объектов и процессов с целью анализа и оптимизации их параметров с использованием имеющихся средств исследований, включая стандартные пакеты прикладных программ; способностью разрабатывать и обеспечивать программную реализацию эффективных алгоритмов решения сформулированных задач с использованием современных языков программирования (ПК-17);

б) способность к самостоятельному обучению новым методам исследования, к изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности (ОК-2);

в) способность проектировать радиотехнические устройства, приборы, системы и комплексы с учетом заданных требований (ПК-9);

г) способность разрабатывать и обеспечивать программную реализацию эффективных алгоритмов решения сформулированных задач с использованием современных языков программирования (ПК-18);

д) готовность к составлению обзоров и отчетов по результатам проводимых исследований, подготовке научных публикаций и заявок на изобретения, разработке рекомендаций по практическому использованию полученных результатов (ПК-20).

3.2. В результате освоения дисциплины студент должен демонстрировать освоение указанными компетенциями по дескрипторам «знания, умения, владения», соответствующие тематическим модулям дисциплины, и применимые в их последующем обучении и профессиональной деятельности:

Знать:

З1. Принципы построения кристаллов программируемой логики, их основные свойства и различия.

З2. Основные принципы цифровой фильтрации и построения цифровых фильтров на ПЛИС.

З3. Серийно выпускаемые логические схемы.

Уметь:

У1. Разрабатывать устройства на базе ПЛИС.

У2. Проектировать цифровые фильтры с использованием программируемой логики.

У3. Обоснованно выбирать конструкцию ПЛИС для реализации проекта.

Владеть:

В1. Методами (приемами) практической работы с современными программируемыми схемами.

3.3. Проектируемые результаты и признаки формирования компетенций.

Компетентностная модель дисциплины

Индекс компетенции	Проектируемые результаты освоения дисциплины «Языки описания ПЛИС» и индикаторы формирования компетенций	Средства и технологии оценки	Технологии формирования компетенции
Знания (З)	Умения (У)	Навыки (В)
ОК-2	+			зачет, контрольные работы, устный опрос,	6.1.1 – 6.1.4
ПК-9	+	+		зачет, контрольные работы, устный опрос,	6.1.1 – 6.1.4
ПК-17	+	+	+	зачет, контрольные работы, устный опрос,	6.1.1 – 6.1.4
ПК-18		+	+	зачет, контрольные работы, устный опрос,	6.1.1 – 6.1.4
ПК-20		+	+	зачет, контрольные работы, устный опрос,	6.1.1 – 6.1.4

4.  Объем дисциплины и виды учебной работы в часах и зачетных единицах

Очная форма обучения

Вид занятий	Всего (час./ зач. ед. )	С е м е с т р ы
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Всего аудиторных занятий:	36		36
Лекции	36		36
Практические занятия
Лабораторные работы
Самостоятельная работа:	72		72
Самостоятельное изучение материала дисциплины и подготовка к зачетам
Курсовая работа
Домашнее задание
Проработка лекций	72		72
Количество часов на экзамен
Всего по дисциплине	108		108
Вид аттестации за семестр (зачет, дифференцированный зачет, экзамен)	зач		зач

5.  Содержание дисциплины по модулям и видам учебных занятий

5.1.  Содержание дисциплины по модулям

5.1.1 Первичные понятия языка VHDL. Стили описания в VHDL

5.1.2. Лексические элементы и модели данных в VHDL

5.1.3. Библиотека IEEE. Параметризация проекта

5.1.4. Особенности описания и моделирования устройств, тактируемых фронтом синхроимпульса

	Содержание модулей	Форма обучения
О
1	Модуль 1. Первичные понятия языка VHDL. Стили описания в VHDL
Системы автоматизированного проектирования. Виды обеспечений САПР. Основные характеристики современных САПР MAX+Plus II, Altera Quartus II, Xilinx ISE Design Suite 11. Маршруты проектирования ПЛИС.	Л, С
Объект проекта, иерархия проекта, объявление объекта проекта, архитектурное тело, объявление конфигурации, объявление пакета, тело пакета, библиотека проекта, рабочая библиотека, библиотека ресурсов. Стили описания в VHDL. Поведенческий, потоковый и структурный стили описаний.	С
2	Модуль 2. Лексические элементы и модели данных в VHDL
Лексические элементы и модели данных в VHDL. VHDL-описания комбинационных схем. Набор символов. Разделители и ограничители. Идентификаторы. Комментарии. Зарезервированные слова. Операторы IF, ELSE, ELSIF. Процессы. Сигналы. Список чувствительности процесса.	Л, С
Типы данных INTEGER, BIT, BIT_VECTOR. Особенности описания комбинационных схем с использованием VHDL в поведенческом, потоковом и структурном стилях на примере дешифратора. Функционально-логическое моделирование комбинационных схем.	Л, С
3	Модуль 3. Библиотека IEEE. Параметризация проекта
Типы данных POSITIVE, NATURAL, STD_LOGIC и STD_LOGIC_VECTOR. Библиотека IEEE. Подключение пакета STD_LOGIC_1164. Оператор CASE.	Л, С
Параметризация проекта. Параметры синтеза. Описание мультиплексоров и демультиплексоров с использованием VHDL в поведенческом, потоковом и структурном стилях.	С
4	Модуль 4. Особенности описания и моделирования устройств, тактируемых фронтом синхроимпульса
Особенности описания и моделирования устройств, тактируемых фронтом синхроимпульса. Описание триггеров с использованием VHDL. Описание регистров с использованием VHDL.	Л, С
Массивные типы данных. Константы. Переменные. Создание пакетов. Объявление пакета. Описание линий задержки с использованием VHDL. Тело пакета. Функции. Оператор цикла	С

5.2. Содержание практических занятий

5.2.2. Содержание практических занятий

Цель практических занятий – закрепление теоретических знаний о методах и способах цифровой обработки сигналов. Практические задания выполняются группой. За период обучения студент выполняет 4 практических задания из предложенного перечня в соответствии с графиком, разработанным для каждой бригады.

	Содержание практических работ	О
1	Модуль 1. Первичные понятия языка VHDL. Стили описания в VHDL	+
Разработка программы мультиплексора
2	Модуль 2. Лексические элементы и модели данных в VHDL	+
Разработка программы делителя частоты
3	Модуль 3. Библиотека IEEE. Параметризация проекта	+
Разработка программы сдвигового регистра
4	Модуль 4. Особенности описания и моделирования устройств, тактируемых фронтом синхроимпульса	+
Разработка программы дешифратора

6.  Образовательные технологии.

6.1.  Для достижения планируемых результатов освоения дисциплины «Языки описания ПЛИС» используются следующие образовательные технологии:

6.1.1.  Информационно-развивающие технологии.

6.1.2.  Деятельностные практико-ориентированные технологии

6.1.3. Развивающие проблемно-ориентированные технологии.

6.1.4. Личностно ориентированные технологии обучения.

Методы	Лекции	Лабораторные работы	СРС
Метод IT		+
Работа в команде		+
Case-study
Проблемное обучение		+
Контекстное обучение		+	+
Обучение на основе опыта	+	+	+
Индивидуальное обучение		+	+
Междисциплинарное обучение		+
Опережающая самостоятельная работа			+

6.2.  Интерактивные формы обучения (в соответствии с положением П ОмГТУ 75.03-2012. «Об использовании в образовательном процессе активных и интерактивных форм проведения учебных занятий»)

№	Семестр, модуль	Применяемые технологии интерактивного обучения	Кол-во часов
1	Модуль 1	Лабораторный практикум. Интерактивный метод – «Inter». Контекстное обучение. СРС. Индивидуальное обучение.	4
2	Модуль 2.	Лабораторный практикум. Интерактивный метод – «Inter». Проблемное обучение. СРС. Обучение на основе опыта.	4
3	Модуль 3	Лабораторный практикум. Интерактивный метод – «Inter». Работа в команде. СРС. Проблемное обучение	4
4	Модуль 4	Лабораторный практикум. Интерактивный метод – «Inter». Индивидуальное обучение. СРС. Опережающая самостоятельная работа	3
ИТОГО	15

7.  Самостоятельная работа студентов (указываются все виды работ в соответствии с учебным планом)

Самостоятельная работа направлена на закрепление и углубление полученных теоретических и практических знаний, развитие навыков практической работы.

7.1.  Объем СРС и распределение по видам учебных работ в часах

Вид СРС	Количество часов
С е м е с т р ы
2
1. Самостоятельное изучение отдельных тем дисциплины; поиск и обзор литературы и электронных источников; чтение и изучение учебника и учебных пособий.	40
2.Подготовка к практическим занятиям, оформление отчетов к практическим заданиям.	22
3. Подготовка к зачету	10
ИТОГО по дисциплине	72

7.2. Использование результатов обучения при проведении научно-исследовательской работы

Знания (З)	Умения (У)	Навыки (В)	Результаты обучения, используемые в НИР магистра
+			Знание назначения, видов и особенности современных САПР, основных характеристик САПР MAX+Plus II, маршрутов проектирования СБИС с использованием языков описания проектов.
	+		Умение описывать проекты сложных функциональных блоков в структурном, поведенческом и потоковом стилях VHDL, создавать иерархию проекта, обоснованно применять конструкции языка.
		+	Навыки владения лексическими элементами, типами данных, операциями, операторами управления, а также методами моделирования устройств с использованием средств VHDL.

8. Методическое обеспечение системы оценки качества освоения программы дисциплины

К промежуточной аттестации студентов по дисциплине «Языки описания ПЛИС» могут привлекаться в качестве внешних экспертов: представители базовых предприятий радиотехнического профиля.

8.1. Фонды оценочных средств (в соответствии с П ОмГТУ 73.05 «О фонде оценочных средств по дисциплине»)

Фонд оценочных средств позволяет оценить знания, умения и уровень приобретенных компетенций.

Фонд оценочных средств по дисциплине «Языки описания ПЛИС» включает:

- вопросы к зачету;

- вопросы к итоговому заданию по лабораторному практикуму;

- набор вариантов контрольных работ;

- тестовый комплекс.

- задания для проведения занятий в интерактивной форме

Оценка качества освоения программы дисциплины «Языки описания ПЛИС» включает текущий контроль успеваемости, промежуточную аттестацию (по модулям), итоговую аттестацию.

Студентам предоставлена возможность оценивания содержания, организации и качества учебного процесса.

8.2. Контрольные вопросы по дисциплине

Модуль 1.

1. Языки описания аппаратуры

2. Проектирование с использованием Булевых функций

3. Схемное проектирование

4. Характеристика языка описания аппаратуры VHDL

5. Структура проекта в языке VHDL

6. Структурное описание архитектуры проекта

7. Поведенческое описание архитектуры проекта

8. Использование пакетов в VHDL

Модуль 2.

1. Понятие сигнала

2. Типы данных

3. Типы данных, вводимые пользователем

4. Сигналы интерфейса

5. Внутренние сигналы

6. Массивы

7. Логические операторы

8. Числовые операторы

Модуль 3.

1. Операторы отношений

2. Операторы сдвига

3. Оператор конкатенации

4. Операторы присваивания

5. Объявление и использование констант

6. Понятие процесса в VHDL

7. Структура и выполнение процесса

8. Список чувствительности процесса

Модуль 4.

1. Оператор ожидания

2. Декларация и присваивание значения переменным

3. Условный оператор