Bài giảng HDL & FPGA - Chương 1: Giới thiệu chung về công nghệ IC khả trình

Chia sẻ: Nguyệt Thượng Vô Phong | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:70

Thêm vào BST

Báo xấu

17
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng HDL & FPGA - Chương 1: Giới thiệu chung về công nghệ IC khả trình. Chương này cung cấp cho sinh viên những nội dung kiến thức gồm: các bước thiết kế VLSI; các bước thiết kế vật lý; các công nghệ dùng trong thiết kế; công nghệ IC khả trình; ứng dụng của công nghệ IC khả trình;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng HDL & FPGA - Chương 1: Giới thiệu chung về công nghệ IC khả trình

HDL & FPGA Giảng viên: TS. Huỳnh Việt Thắng Đà Nẵng, 08/2022
Nội dung môn học 1. Giới thiệu chung về công nghệ IC khả trình 2. Thiết kế dùng IC khả trình của Xilinx 3. Cơ sở về thiết kế mạch số và hệ thống số 4. Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL 5. Các bài thực hành trên kit FPGA của Xilinx 6. Các vấn đề khác 7. Tổng kết 2
Tài liệu tham khảo Tham khảo chính: 1) Slide bài giảng (Lưu hành nội bộ) Có thể đọc thêm: 2) Học viện KTQS, Thiết kế logic số, Tài liệu lưu hành nội bộ, 2011 3) Tống Văn On, Nguyên lý mạch tích hợp: Tập 2 - Lập trình ASIC, NXB Lao động xã hội, 2005 4) Peter J. Ashenden, The VHDL Cookbook 5) Douglas L. Perry, VHDL Programming by Example, 4th Edition (2002) 6) Nguyễn Quốc Tuấn, Giáo trình Ngôn ngữ VHDL để thiết kế vi mạch, NXB Đại học quốc gia TP.HCM, 2002 7) Tống Văn On, Thiết kế mạch số với VHDL và Verilog (2 tập), NXB Lao động xã hội, 2007 8) Pong P. Chu, RTL Hardware Design Using VHDL: Coding for Efficiency, Portability, and Salability 9) Pong P. Chu, FPGA Prototyping by VHDL Examples: Xilinx Spartan-3 Version, 2008 10) Pong P. Chu, FPGA Prototyping by Verilog Examples: Xilinx Spartan-3 Version, 2008 11) Huỳnh Việt Thắng, Seminar Ứng dụng FPGA trong thực thi các ứng dụng xử lý tín hiệu và học máy, Khoa ĐTVT, 2016 12) Các tài liệu tham khảo sưu tầm trên Internet 3
Kiểm tra đánh giá • Đánh giá thường xuyên (20%): Bài tập theo nhóm tại lớp/về nhà • Kiểm tra giữa kỳ (20%): Bài viết • Kiểm tra cuối kỳ (60%): Thực hiện và báo cáo đề tài theo nhóm • Chia nhóm: 3-4 SV/nhóm 4
Lời cảm ơn Trân trọng cảm ơn PGS.TS. Phạm Ngọc Nam, College of Engineering and Computer Science, VINUniversity đã cho phép tham khảo và sử dụng bài giảng của Thầy! 5
About your lecturer • Bộ môn Kỹ thuật Điện Tử, khoa ĐTVT, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng  Office: Khu C, ĐHBK ĐN; Email: thanghv@dut.udn.vn; (thang143@gmail.com) • Research Interests  Reconfigurable computing (computing with FPGA)  Machine learning (Neural Networks) & Applications  Edge Computing on Embedded Devices • Education  06/2003: Kỹ sư, Khoa ĐTVT, ĐHBK – ĐHĐN (1998-2003)  12/2007: Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Điện Tử, ĐHBK – ĐHĐN  Thesis: “Implementation of a Network-on-Chip on FPGA”, Thực hiện Network-on-Chip trên nền FPGA  07/2012: Tiến sĩ kỹ thuật chuyên ngành Điện-Điện tử, ĐH Kỹ thuật Graz (TU Graz), Cộng hòa Áo (Austria)  Thesis: “Efficient floating-point Implementation of Signal Processing Algorithms on Reconfigurable Hardware”, Thực hiện hiệu quả các thuật toán xử lý tín hiệu dấu phẩy động trên phần cứng cấu hình lại được 6
Nội dung môn học 1. Giới thiệu chung về công nghệ IC khả trình 2. Thiết kế dùng IC khả trình của Xilinx 3. Cơ sở về thiết kế mạch số và hệ thống số 4. Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL 5. Các bài thực hành trên kit FPGA của Xilinx 6. Giới thiệu một vài ứng dụng trong lĩnh vực tính toán cấu hình lại (Reconfigurable Computing) 7. Các vấn đề khác 7
Nội dung môn học 1. Giới thiệu chung về công nghệ IC khả trình • Các bước thiết kế VLSI • Các bước thiết kế vật lý • Các công nghệ dùng trong thiết kế • Công nghệ IC khả trình • Ứng dụng của công nghệ IC khả trình 2. Thiết kế dùng IC khả trình của Xilinx 3. Thiết kế số 4. Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL 5. Giới thiệu một vài ứng dụng trong lĩnh vực tính toán cấu hình lại (Reconfigurable Computing) 8
Nội dung môn học 1. Giới thiệu chung về công nghệ IC khả trình • Các bước thiết kế VLSI • Các bước thiết kế vật lý • Các công nghệ dùng trong thiết kế • Công nghệ IC khả trình • Ứng dụng của công nghệ IC khả trình 2. Thiết kế dùng IC khả trình của Xilinx 3. Thiết kế số 4. Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL 5. Giới thiệu một vài ứng dụng trong lĩnh vực tính toán cấu hình lại (Reconfigurable Computing) 9
Đặt vấn đề • Ví dụ: Thiết kế bộ chạy đĩa DVD 10
Các bước thiết kế VLSI (1/9) VLSI = Very Large Scale Integration System Specification Circuit Design Architectural Design Physical Design Functional Design Fabrication Logic Design Packaging 11
Các bước thiết kế VLSI (2/9) System Specification – Xác định kích thước, tốc độ, công suất và các chức năng của hệ thống Architectural Design – Xác định kiến trúc của hệ thống: ví dụ: RISC/CISC, số lượng ALU, kích thước bộ nhớ cache. Việc xác định kiến trúc sẽ giúp cho việc ước lượng tốc độ xử lý của hệ thống, kích thước chip, công suất tiêu thụ … 12
Các bước thiết kế VLSI (3/9) Functional Design – Xác định các khối chức năng chính và kết nối giữa các khối. Chưa cần xác định chi tiết cách thức thực hiện các khối này. 13
Các bước thiết kế VLSI (4/9) Logic Design – Thiết kế logic, ví dụ: thiết kế mạch logic tổ hợp, logic dãy, ALU, khối điều khiển…. Kết quả của bước thiết kế này là bản mô tả RTL (Register Transfer Level). RTL được biểu diễn bằng ngôn ngữ mô tả phần cứng HDL (Hardware Description Language), e.g., VHDL and Verilog. X = (AB+CD)(E+F) Y= (A(B+C) + Z + D) 14
Các bước thiết kế VLSI (5/9) Circuit Design – Thiết kế mạch bao gồm các cổng logic, transistors và các kết nối. Kết quả thu được từ bước thiết kế này là một netlist. 15
Các bước thiết kế VLSI (6/9) • Net list: • Component list: net1: top.in1 i1.in top: in1=net1 n1=topin1 n2=topin2 net2: i1.out xxx.B n3=botin1 out=outnet topin1: top.n1 xxx.xin1 i1: in=net1 out=net2 topin2: top.n2 xxx.xin2 xxx: xin1=topin1 xin2=topin2 botin1: top.n3 xxx.xin3 xin3=botin1 B=net2 out=net3 net3: xxx.out i2.in i2: in=net3 out=outnet outnet: i2.out top.out 16
Các bước thiết kế VLSI (7/9) Component hierarchy top i1 xxx i2 17
Các bước thiết kế VLSI (8/9) Physical Design – Chuyển từ netlist sang dạng biểu diễn hình học. Cách biểu diễn hình học này được gọi là layout. 18
Các bước thiết kế VLSI (9/9) Fabrication – Bao gồm các quá trình như quang khắc, đánh bóng, khuyếch tán …để chế tạo ra chip (IC). Packaging – Sắp xếp các IC trên một board mạch in PCB (Printed Circuit Board) hoặc trên một module đa chíp MCM (Multi-Chip Module) 19
Các bước thiết kế VLSI System Specification Netlist Architectural Physical Design Design Architectural Layout Specification Circuit Design or Fabrication Functional Logic Synthesis Design Chips Timing & relationship between functional units Packaging Logic Packaged and Design tested chips RTL in HDL 20