Введение в специальность Учебная программа для высших учебных заведений по специальности І-39 01 03 Радиоинформатика (стр. 17 )

Кафедра радиоэлектроники Учреждения образования «Минский государственный высший колледж связи» (протокол № 7 от 01.01.2001)

Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол № 8 от 22 .03. 2004 г.);

Научно-методическим советом по группе специальностей І-39 01 «Схемы радиоэлектронных устройств и систем» УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от 01.01.2001 г.)

Действует до утверждения Образовательного стандарта по специальности

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа «Проектирование устройств на программируемых логических интегральных схемах» разработана на кафедре радиотехнических систем БГУИР для специальности І-39 01 03 Радиоинформатика.

Цель изучения дисциплины – дать студентам знания по программируемым логическим интегральным схемам (ПЛИС) и проектированию цифровых устройств на их основе.

В результате изучения дисциплины обучающийся должен:

знать:

- классификацию ПЛИС и их функциональные возможности; язык описания цифровых устройств VHDL;

- архитектуру, особенности практического использования и конфи-
гурирования ПЛИС фирмы Xilinx;

- этапы проектирования ПЛИС с использованием пакета WebPack ISE;

уметь:

- анализировать и синтезировать цифровые устройства;

- определять возможности реализации заданного цифрового устройства на конкретных плис, имеющих структурные, топологические и временные ограничения;

- моделировать работу синтезированных цифровых устройств с помощью симулятора временных диаграмм;

приобрести навыки:

- описания и проектирования цифровых устройств на ПЛИС с использованием пакета WebPack ISE, анализа правильности полученного результата и допустимости некоторых отличий во временной диаграмме исходного проекта и проекта на ПЛИС.

Разработку цифровых устройств на ПЛИС рекомендуется проводить с использованием пакета WebPack ISE.

Программа рассчитана на объем 64 аудиторных часа.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Раздел 1. ВВЕДЕНИЕ В ПРОГРАММИРУЕМУЮ ЛОГИКУ

Предмет и основные задачи дисциплины. Место дисциплины в ряду других дисциплин. Краткие исторические сведения. Классификация микросхем программируемой логики. Стандартные, сложные ПЛИС и программируемые пользователем вентильные матрицы. Базовые матричные кристаллы. Основные свойства микросхем программируемой логики.

Раздел 2. СТАНДАРТНЫЕ ПЛИС

Программируемые матрицы логики (PAL), программируемые логические матрицы (PLA) и программируемые постоянные запоминающие устройства (PROM). Структура PAL. Стандартные, универсальные, асинхронные PAL. PAL с программируемой полярностью выходов.

Раздел 3. СЛОЖНЫЕ ПРОГРАММИРУЕМЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА

Сложные программируемые логические устройства (CPLD). Структура CPLD. Программируемая матрица соединений. Функциональные блоки CPLD. Блоки ввода/вывода CPLD.

Раздел 4. ПЛИС С КОМБИНИРОВАННОЙ АРХИТЕКТУРОЙ

Структура микросхем семейства FLEX. Логические элементы. Встроенные блоки памяти. Каналы межсоединений. Элементы ввода/вывода. Программные и аппаратные средства проектирования на основе FLEX- устройств.

Раздел 5. ПРОГРАММИРУЕМЫЕ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕМ ВЕНТИЛЬНЫЕ МАТРИЦЫ

Программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA). Основные сведения. Функциональные блоки FPGA. Блоки ввода/вывода FPGA. Системы межсоединений. Настройка FPGA.

Раздел 6. СБИС ТИПА «СИСТЕМА НА КРИСТАЛЛЕ»

Основные сведения о сверхбольших интегральных схемах (СБИС) типа «система на кристалле». СБИС типа «система на кристалле» с однородной структурой (с полностью синтезированными блоками). СБИС типа «система на кристалле» с блочными структурами (с аппаратными ядрами).

Раздел 7. МИКРОСХЕМЫ С ПРОГРАММИРУЕМЫМИ АНАЛОГОВЫМИ И АНАЛОГО-ЦИФРОВЫМИ СТРУКТУРАМИ

Общие сведения о микросхемах с программируемыми аналоговыми и аналого-цифровыми структурами. Примеры устройств с массивом программируемых пользователем аналоговых элементов.

Раздел 8. ПЛИС ФИРМЫ XILINX

CPLD фирмы Xilinx. Архитектурные и схемотехнические особенности семейств CPLD (XC9500, XC9500XL, XC9500XV, CoolRunner XPLA3). Функциональный блок, макроячейка, переключающая матрица, блок ввода-вывода. Особенности практического применения и конфигурирования.

FPGA фирмы Xilinx. Архитектурные и схемотехнические особенности семейств FPGA (Spartan-II, Virtex). Конфигурируемый логический блок, блок ввода-вывода, блочная память, программируемая трассировочная матрица, распределение сигналов синхронизации. Особенности практического применения.

Раздел 9. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ НА БАЗЕ ПЛИС ФИРМЫ XILINX С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПАКЕТА

WEBPACK ISE

Интегрированный пакет проектирования ПЛИС WebPACK ISE. Назначение, возможности, требования к системе. Этапы проектирования цифровых устройств на базе ПЛИС Xilinx. Структура проекта в САПР WebPACK ISE. Работа с навигатором проекта пакета WebPACK ISE. Создание нового проекта в САПР WebPACK ISE.

Подготовка нового модуля исходного описания проекта в среде пакета WebPACK ISE. Варианты исходного описания проекта. Создание принципиальной схемы c помощью схемотехнического редактора.

Ввод временных и топологических ограничений проекта. Синтез проекта с использованием средств пакета WebPACK ISE. Анализ отчетов. Отладка проекта. Симулятор. Функциональное моделирование.

Размещение и трассировка проектов, реализуемых на базе семейств ПЛИС CPLD фирмы Xilinx, в пакете WebPACK ISE. Проверка проекта с помощью временного моделирования.

Раздел 10. ЯЗЫКИ ОПИСАНИЯ ДИСКРЕТНЫХ УСТРОЙСТВ

Общие положения. Принципы интерпретации поведения дискретных устройств. Основы языка VHDL. Основные элементы и конструкции языка. Понятие сигнала и процесса. Идентификаторы и литералы. Типы данных. Объявление констант, сигналов и переменных. Операторы языка VHDL. Процедуры и функции. Последовательные и параллельные операторы. Условные операторы. Операторы организации циклов. Оператор ожидания. Параллельный оператор условного назначения сигнала. Параллельный оператор выборочного назначения сигнала. Параллельный оператор генерации. Организация проекта.

Раздел 11. VHDL-ОПИСАНИЕ ПРОЕКТА В WEBPACK ISE И VHDL-СИНТЕЗ ПРОЕКТА

Работа с окном текстового редактора HDL. Создание и редактирование VHDL-описания. VHDL-синтез проекта при использовании средств пакета WebPACK ISE. Установка параметров синтеза.

Раздел 12. ПРОГРАММИРОВАНИЕ И КОНФИГУРИРОВАНИЕ ПЛИС XILINX

Модуль программирования iMPACT пакета WebPACK ISE. Создание конфигурационной последовательности для проекта, разрабатываемого на базе ПЛИС Xilinx. Организация программирования ПЛИС семейств CPLD и FPGA компании Xilinx.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1.  Создание проекта на ПЛИС с помощью пакета WebPАСК ISE.

2.  Синтез устройств комбинационной логики на ПЛИС.

3.  Синтез счетчика на ПЛИС (методика проектирования с использованием методов описания регулярных структур).

4.  Синтез цифровых автоматов на ПЛИС.

5.  Организация памяти на кристалле ПЛИС.

6.  Синтез сумматора на ПЛИС.

7.  Синтез умножителя на ПЛИС.

8.  Синтез цифрового фильтра на ПЛИС.

ЛИТЕРАТУРА

ОСНОВНАЯ

1.  Соловьев цифровых систем на основе программируемых логических интегральных схем.– М.: «Горячая линия–Телеком», 2001.– 636 с.

2.  , Васильев логические интегральные схемы и их применение.– Мн.: Беларуская навука, 1998.–270 с.

3.  , , Угрюмов систем на микросхемах программируемой логики.–СПб.: БХВ – Петербург, 2002. – 608 с.: ил.

4.  Угрюмов схемотехника. – СПб.: БХВ – Санкт-Петербург, 2000. – 528 с.

5.  Зотов цифровых устройств на основе ПЛИС фирмы Xilinx в САПР WebPACK ISE. - М: "Горячая линия – Телеком, радио и связь", 2003.

6.  Бибило языка VHDL. - Мн.: Ин-т техн. кибернетики НАН Беларуси, 1999.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

1.  , Синев и программируемые матрицы. – Мн.: Выш. шк., 1980. – 136 с.

2.  Скляров автоматов на матричных БИС/ Под ред. . - Мн.: Наука и техника, 1984. – 287 с.

3.  , ПЛИС фирмы Xilinx: описание структуры основных семейств. - М.:"Додека-XXI", 2001.

4.  Бибило логических схем с использованием языка VHDL. - М.: Солон, 2002.

Утверждена

Председатель УМО вузов Республики

Беларусь по образованию в области

информатики и радиоэлектроники

« 30 » марта 2004 г.

Регистрационный № ТД-39-77/тип.

РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

Учебная программа для высших учебных заведений

по специальности І-39 01 03 Радиоинформатика

Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 26 » марта 2004 г.

Составитель

, доцент кафедры радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук

Рецензенты:

, профессор кафедры телекоммуникационных систем Учреждения образования «Минский государственный высший колледж связи», кандидат технических наук;

Кафедра радиоэлектроники Учреждения образования «Минский государственный высший колледж связи» (протокол № 7 от 01.01.2001г.)

Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол № 8 от 01.01.2001 г.);

Научно-методическим советом по группе специальностей І-39 01 «Схемы радиоэлектронных устройств и систем» УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от 01.01.2001 г.)

Действует до утверждения Образовательного стандарта по специальности