Bài giảng HDL & FPGA - Chương 3: Thiết kế số

Chia sẻ: Nguyệt Thượng Vô Phong | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:110

Thêm vào BST

Báo xấu

10
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng HDL & FPGA - Chương 3: Thiết kế số. Chương này cung cấp cho sinh viên những nội dung kiến thức gồm: các mức thiết kế; thiết kế hệ thống (system level design); thiết kế mạch số tổ hợp; thiết kế mạch số tuần tự;... 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 3: Thiết kế số

Nội dung môn học 1. Giới thiệu chung về công nghệ IC khả trình 2. Thiết kế dùng IC khả trình của Xilinx 3. Thiết kế số • Các mức thiết kế • Thiết kế mạch số tổ hợp • Thiết kế mạch số tuần tự 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) 97
Nội dung môn học 1. Giới thiệu chung về công nghệ IC khả trình 2. Thiết kế dùng IC khả trình của Xilinx 3. Thiết kế số • Các mức thiết kế • Thiết kế mạch số tổ hợp • Thiết kế mạch số tuần tự 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) 98
Các mức thiết kế • Thiết kế dùng các cổng logic rời rạc (Gate level): AND, OR, NAND, NOT…, Flip Flops Dùng cho các bài toán thiết kế đơn giản như thiết kế bộ tổng, tổng của tích, bộ đếm… Kết quả: module • Thiết kế dùng các thanh ghi và các module số (RTL: register transfer level) Thanh ghi dịch, decoder, ALU, Mux, bộ cộng, nhân, bộ đếm… Dùng cho các bài toán thiết kế từ trung bình đến phức tạp như thiết kế vi xử lý, thiết kế các bộ mã hoá và giải mã âm thanh, hình ảnh … Kết quả: vi mạch (IC) 99
Các mức thiết kế • Thiết kế hệ thống (system level design) Vi xử lý, bộ nhớ, các bộ mã hoá và giải mã hình ảnh, âm thanh số, các bộ xử lý tín hiệu số … Dùng cho thiết kế các hệ thống số phức tạp như máy rút tiền tự động, các ứng dụng đa phương tiện Kết quả: PCB • Trong quá trình thiết kế một hệ thống số, các mức trên có thể được sử dụng 1 đến nhiều lần 100
Nội dung môn học 1. Giới thiệu chung về công nghệ IC khả trình 2. Thiết kế dùng IC khả trình của Xilinx 3. Thiết kế số • Các mức thiết kế • Thiết kế mạch số tổ hợp • Thiết kế mạch số tuần tự 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) 101
Thiết kế mạch số tổ hợp Bìa Karnaugh • Mục đích: dùng để tối thiểu hoá hàm Boole để thực hiện mạch một cách tối ưu Ví du: F=xy’z+xy’z’ =xy’(z+z’) =xy’ x y z x y z F=xy’z+xy’z’ F Tối thiểu hoá dùng cách biến đổi hàm boole rất phức tạp và không có lý thuyết nào chứng minh kết quả tối thiểu hoá lá tối ưu 102
Thiết kế mạch số tổ hợp Các mạch logic tổ hợp cơ bản •Ripple-carry adders •Adder/subtractors •Multipliers •Logic units •Arithmetic-logic units •Decoders •Selectors •Buses •Magnitude comparators 103
Ripple-carry adders • Bộ nửa tổng (Half Adder): ci+1 yi si yi 0 0 0 1 xi 0 1 xi 1 0 xi yi xi yi ci+1 HA ci+1 si si 104
Ripple-carry adders • Bộ tổng đầy đủ (Full Adder) yi yi ci+1 xi si xi 1 1 1 ci 1 1 1 ci 1 1 xi yi ci xi yi ci+1 ci FA si ci+1 si 105
Ripple-carry adders • 4-bit ripple-carry adder x3 y3 x2 y2 x1 y1 x0 y0 c4 c3 c2 c1 c0=0 FA FA FA FA s3 s2 s1 s0 106
Adder-subtractors X Y Cout Adder/ S subtractor F x3 y3 x2 y2 x1 y1 x0 y0 S c4 c3 c2 c1 c0 FA FA FA FA f3 f2 f1 f0 overflow Chỉ dùng cho số bù 2 107
Multipliers • Bộ nhân 1bit x 1bit C = B • A b0 a0 a0b0 => Cổng AND a 0 b0 c0 108
Multipliers • Bộ nhân 2bit x 2bit C = B • A a0 b1 b0 b1 b0 a1 a0 a1 b0 a0b1 a0b0 b1 a1b1 a1b0 c3 c2 c1 c0 HA HA c3 c2 c1 c0 109
Multipliers • Bộ nhân 4bit x 3 bit a0 b0 b3 b2 b1 a1 b0 b3 b2 b1 0 4-bit adder cout s3 s2 s1 s0 a2 b0 b3 b2 b1 4-bit adder cout s3 s2 s1 s0 c6 c5 c4 c3 c2 c1 c0 110
Logic units 111
Logic units xi yi S0 S1 S2 xi yi S3 S0..3 LU fi fi 112
Arithmetic-logic units a4 b4 a3 b3 a2 b 2 a1 b1 a0 b0 S FA FA FA FA FA Cout f4 f3 f2 f1 f0 S selects the function to be executed: 0=addition, 1=subtraction 113
Arithmetic-logic units a4 b4 a3 b3 a2 b2 a 1 b1 a0 b 0 S01 M ALE ALE ALE ALE ALE X Y FA FA FA FA FA Cout f4 f3 f2 f1 f0 M selects the type of operation: 0=logic, 1=arithmetic S0 and S1 select the operation 114
Arithmetic-logic units 115
Arithmetic-logic units S0 c0 M S1 S1 M 1 1 c0 116