Методика проектирования сложных цифровых блоков в базисе ПЛИС

• Автор: Куликов, Константин Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Владимир
• Количество страниц: 126 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ В ОБЛАСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ НА

КРИСТАЛЛЕ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Обзор элементной базы систем на одном кристалле.

1.1.1. Примеры реализации систем на одном кристалле.

1.1.2. Классификация цифровых интегральных микросхем

1.1.3. Классификация систем на одном кристалле.

1.1.4. Достоинства и недостатки ПЛИС в качестве основы реализации систем на одном кристалле

1.2. Основные проблемы, возникающие при проектировании

систем на одном кристалле и возможные пути их решения

1.2.1. Различные подходы и методологии проектирования отдельных узлов.

1.2.2. Виды ядер многократного использования.
1.2.3. Примеры решения проблем.
1.3. Обзор современных САПР ПЛИС
1.3.1. Средства проектирования систем на одном кристалле на основе многократно используемых блоков фирмы Xiix.
1.3.2. Средства проектирования систем на одном кристалле на основе ПЛИС фирмы
1.3.3. Средства проектирования систем на одном кристалле фирмы .
1.3.4. Программные средства фирмы i
1.3.5. Маршрут проектирования цифровых устройств в базисе ПЛИС
1.4. Цель и постановка задачи исследований
1.5. Выводы.
2. Разработка методики проектирования сложных ядер в базисе ПЛИС
2.1. Методика проектирования сложного ядра
2.2. Маршрут проектирования сложного ядра.
2.3. Общие правила проектирования.
2.4. Правила создания ядер, используя язык описания аппаратуры
VII
2.5. Методики проектирования отдельных блоков сложных ядер.
2.5.1. Критерии оценки сложного ядра
2.5.2. Проектирование схем с памятью
2.5.3. Методы проектирования конвейерных вычислительных устройств
2.6. Выводы.
3. Применение разработанной методики проектирования.
3.1. Разработка ядра Быстрого Преобразования Фурье
3.1.1. Выбор ПЛИС для реализации ядра БПФ.
3.1.2. Применение предложенных методик при проектировании ядра
3.1.3. Реализации ядра БПФ большой размерности для
кристаллов серии Vix II и Vix II
3.2. Выводы
4. Анализ разработанной методики.
4.1. Анализ применения.
4.2. Сравнение полученных ядер с существующими
4.3. Выводы
Заключение
Список литературы.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ
АЦП аналогоцифровой преобразователь
БИС большая интегральная микросхема
БМК базовый матричный кристалл
БПФ быстрое преобразование Фурье
ИС интегральная схема
МК микроконтроллер
МП микропроцессор
ОС операционная система
ПЗУ постоянное запоминающее устройство
ПЛИС программируемая логическая интегральная схема
ПЛМ программируемая логическая матрица
ПМЛ программируемая матричная логика
ПО программное обеспечение
РСОК реконфигурируемая система на одном кристалле
САПР система автоматизированного проектирования
СБИС сверх большие интегральные микросхемы
СОК , i система на одном кристалле
СТС сложная техническая система
ЦАП цифроаналоговый преобразователь
ЦОС цифровая обработка сигналов
I ii ii I ii специализированная ИС
I iI встроенные аппаратные средства
самотестирования
x i vi комплексное
программируемое логическое устройство
i динамическое оперативное
запоминающее устройство ii i цифровой сигнальный процессор
ЦСП, цифровой процессор сигналов ЦПС, либо цифровая



I
I ядро

I


I
обработка сигналов ЦОС
i i i САПР электроники
i
электронноперепрограммируемая постоянная память
i I i система хранения данных первым прибыл,
первым обслужен
i вентильная матрица программируемая полем
i i ПМЛ
ii язык описания аппаратуры i ii ИС
I интеллектуальная собственность однажды спроектированный, верифицированный
функциональный блок, который может быть использован повторно
i i объединенная группа исследователей по тестированию
iii i самый младший двоичный разряд логическая таблица, основной логический элемент ПЛИС
ii Ii миллион команд в секунду iii i самый старший двоичный разряд i ПМЛ
i I разрядная системная шина с возможностью расширения до разрядов,
взаимодействие через которую происходит без участия поддерживает технологию i ПЛМ
память с произвольным доступом Ii тип архитектуры



VI
микропроцессора, ориентированный на быстрое и эффективное выполнение относительно небольшого набора встроенных команд
ПЗУ
i v уровень межрегистровых передач
i система на программируемом кристалле
i i vi простое программируемое логическое устройство
i статическое запоминающее устройство с произвольной выборкой
iv iv i универсальный асинхронный приемопередатчик
iv i универсальная последовательная шина Vi v I стандарт на передачу голоса по цифровым сетям
Vi I i интернациональный союз компаний, главной целью которого является развитие открытых стандартов связи и тестирования функциональных блоков систем
ВВЕДЕНИЕ


В настоящее время нет однозначной, удовлетворяющей всех разработчиков аппаратуры методологии получения конфигурации ПЛИС по функциональной модели устройства на системном уровне. Многократно используемый блок однажды спроектированный, верифицированный функциональный блок, который может быть использован повторно. Такие блоки часто называют ядрами , виртуальными компонентами Vi V , макроэлементами, интеллектуальной собственностью I ядрами. В данной работе используется термин ядро, как наиболее употребляемое в настоящее время в русской и иностранной литературе. САПР, которая позволяет реализовать автоматизированными средствами законченную функциональную часть проектируемого устройства в кристалле. Многократное использование ядер интеллектуальной собственности I это один из путей усовершенствования продуктивности проектирования систем на одном кристалле. Хотя многократное использование ядер было открыто и технически, и как бизнес концепция уже много лет назад , но только в последнее время систематическое использование, основанное на технологии i i i автоматизация проектирования электронных приборов и устройств позволило осуществить выход на полупроводниковый рынок. Применение ядер при проектировании по технологии ПЛИС позволяет сократить время проектирования в несколько раз например, с двух месяцев до двух недель. Это достигается за счт отсутствия этапов проектирования тех элементов микросхемы, которые реализуются ядрами. Причм, данный метод может применяться для любой технологии производства микросхем. Проектирование на основе ядер i становится все более популярным среди фирм изготовителей во всем мире . Компании располагают своими библиотеками компонентов, которые не совместимы друг с другом. Этот факт замедляет, а иногда останавливает процесс проектирования изза трудности или невозможности перевода ядер из одного формата в другой. Зачастую проектировщикам приходится тратить много времени для решения проблем верификации ядер в своих системах. Это противоречит принципам создания систем на кристалле на основе готовых блоков, где все направлено на облегчение и ускорение процесса проектирования. Закрытость архитектур коммерческих САПР делает невозможным добавление собственных функциональных моделей устройств на системном уровне для получения по ним моделей устройства на уровне регистровых передач. Существует популярный подход, позволяющий осуществить переход от функциональной модели на системном уровне к модели устройства на уровне регистровых передач применение языков описания аппаратуры на системном уровне , v i . К таким языкам относятся , , V. Основным недостатком данного подхода является ограниченность групп алгоритмов, которые возможно применять для осуществления данного перехода, следствием чего является снижение качества получаемого решения по сравнению с технологией ядер. Однако его несомненным плюсом является независимость от аппаратного базиса, в котором будет реализовано устройство . Использование при проектировании таких языков, как VII и Vi, позволяет отказаться от составления схем на большинстве этапов разработки СОК. Технология проектирования с помощью V предполагает описание исходных алгоритмов функционирования аппаратуры и ее интерфейса на языке V и автоматическую трансляцию этого описания до уровня логических схем и далее до уровня масок микросхем или прошивки программируемых логических интегральных схем ПЛИС. При этом схемы устройств в графическом виде практически не используются. Отсутствие ошибок в проекте автоматически контролнруется средствами верификации. Как основное средство верификации используется моделирование функционирования устройства или отдельного блока на Vсимуляторе на всех этапах проектирования. Разработка современных вычислительных устройств без использования языков V и Vi стала практически невозможной . Существует два основных способа создания ядер многократного использования. Первый подразумевает создание ядра на базе уже существующих разработок. Второй подразумевает создание совершенно новых ядер.