Языки проектирования аппаратуры

Министерство образования Российской Федерации Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины ЯЗЫКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АППАРАТУРЫ Для подготовки дипломированных специалистов по направлению 654600 – “Информатика и вычислительная техника” по специальности 220100 – “Вычислительные машины, комплексы, системы и сети”

Санкт-Петербург 2002

2

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”

“УТВЕРЖДАЮ” Проректор по учебной работе проф. ___________ Ушаков В.Н. “_____”_______________2002 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины ЯЗЫКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АППАРАТУРЫ Для подготовки дипломированных специалистов по направлению 654600 – “Информатика и вычислительная техника” по специальности 220100 – “Вычислительные машины, комплексы, системы и сети”

Факультет компьютерных технологий и информатики Кафедра вычислительной техники Курс 4 Семестр 7 Лекции

48 ч.

Экзамен

Лабораторные занятия

16 ч.

Зачет

Аудиторные занятия Самостоятельные занятия Всего часов

64 ч. 60 ч. 124 ч. 2002

семестр 7 семестр 7

3

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры Вычислительной техники “____”_______________2002г., протокол №______.

Рабочая программа согласована с рабочими программами изученных ранее дисциплин: 1) Основы программирования; 2) Логика и теория автоматов; 3) Архитектура вычислительных систем. Рабочая программа утверждена на методической комиссии факультета Компьютерных технологий и информатики “____”_____________2002г.

4

Цель и задачи дисциплины: Изучение методологии проектирования средств вычислительной техники с использованием современных Систем Автоматизированного Проектирования. Изучение языковых средств проектирования средств вычислительной техники, включая языки различного уровня, в том числе алгоритмического языка проектирования высшего уровня VHDL и приборно-ориентированного языка (предположительно АHDL. Требования к уровню освоения дисциплины: 1. Знать основы методики проектирования средств вычислительной техники с использованием языковых средств представления проектов, а также типовые синтаксические конструкции некоторых языков проектирования. 2. Уметь проектировать специализированные цифровые устройства средней сложности 3. Иметь представление об областях эффективного использования языковых средств проектирования, тенденциях развития языковых средств проектирования, структуре промышленных САПР цифровых устройств. Содержание рабочей программы Введение. Этапы проектирования дискретных устройств. Типовая структура САПР дискретных устройств. Иерархия языков проектирования средств ВТ. Историческая справка. Раздел 1. Основы методологии проектирования дискретных устройств Тема 1. Процесс проектирования дискретных устройств и управление процессом. Маршрут проектирования, основные этапы: ввод, компиляция, моделирование, отладка. Привлекаемые средства. Планирование проектных работ. Тема 2. Методология проектирования с использованием языков описания аппаратуры. Структурное и поведенческое представление, иерархия проектных модулей. Стили описания, сопряженное проектирование. Тема 3. Основы моделирования параллельных процессов

5

Дискретная событийная модель. Сигналы и их представление. Раздел 2. Язык проектирования дискретных устройств VHDL Тема 4. Основные концепции языка VHDL Проект. Заголовок (ENTITY), архитектурные тела, пакеты, библиотеки. Лексические элементы. Переменные и сигналы. Процессы. Тема 5. Типы данных в VHDL Скалярные: целые, ограниченные, битовые, перечисляемые, физические, предопределенные. Групповые: битовый вектор, массив, строка, запись. Подтипы. Синтаксис декларирующих выражений. Алфавит представления двоичных переменных. Тип STD_LOGIC. Тема 6. Выражения и операторы Присвоение, условное присвоение, присвоение по выбору. Операторы принятия решений: if, case, loop. Тема 7. Поведенческое архитектурное тело Представление комбинационной логики в VHDL: формы описания, представление временных задержек. Процесс, оператор «wait», инициализаторы процесса. Параллельные процессы и их программная модель. Атрибуты сигналов. Тема 8. Представление последовательностных схем Автоматы Мили и Мура, Интерпретация графов передачи данных и сетей Петри. Задание способов управления регистровыми схемами. Тема 9. Подпрограммы и функции. Пакеты и библиотеки. Тема 10. Структурное архитектурное тело Объявление компонентов, объявление связей (сигналов). Параметры настройки (GENERICS). Объявление конфигурации. Синтаксис представления вхождений. Смешанное (структурно-поведенческое) представление проекта Тема 11. Специальные возможности

6

Проектные библиотеки. Магистрали и шинная логика. Одновременные присвоения и вызовы процедур. Расширенные заголовки (ENTITY). Утверждение «GENERATE». Псевдоимена (alias) Тема 12. Иерархические проекты Пример проекта процессорного блока Тема 13. Диалекты VHDL. Библиотеки прикладных САПР. Перспективы развития VHDL Раздел 3. Приборно ориентированные языки проектирования (обучение проводится на примере AHDL - входного языка САПР фирмы Альтера) Тема 14. Концепции языка Тема 15. Структура программы и ее основные секции, лексические элементы. Типы данных. Тема 16. Логическая секция программы Тема 17. Основные операторы языка. Булевские выражения. Операторы IFTHEN, IF-GENERATE и FOR-GENERATE. Оператор CASE. Установка значений по умолчанию. Таблицы истинности. Тема 18. Секция подпроекта и секция переменных Тема 19. Объявление интерфейса и внутренних узлов (комбинационных, с тремя состояниями, с памятью). Объявление и задание цифровых автоматов. Тема 20. Функции. Вхождения. Стандартные примитивы. Библиотеки. Тема 21. Иерархические проекты Тема 22. Библиотечные и пользовательские параметризованные модули. Их создание и объединение. Проектирование при смешанных формах задания проектных модулей.

7

Раздел 4. Моделирование, верификация, временной анализ. Примеры применения Тема 23. Цели, и методы верификации. Синтез тестов. Встраиваемые средства тестирования. Соответствие между алгоритмами и инструментальными средствами проектирования. Тема 24. Примеры практических применений Буферизация (FIFO,LIFO, многопортовая память), интерфейсные модули (контроллеры магистрали, архитектура исполнительного устройства в стандарте интерфейса PCI). Обработка сигналов и изображения аппаратными средствами. Поддержка машинной графики. Многофункциональные платы расширения. Заключение: Обзор курса

Перечень лабораторных работ № Наименование работы 1 Изучение системы отладки VHDL - программ. Спецификация моделей и описание данных 2 Спецификация проекта на поведенческом уровне. Описание комбинационных схем в языке VHDL 3 Структурные архитектурные тела. Иерархическое проектирование 4 Проектирование последовательностных схем в VHDL 5 Регистровые схемы. Операционные блоки 6 Изучение процесса проектирования в системе MAX+plusII. Графический ввод простого устройства 7 Изучения способов описания комбинационных схем в AHDL 8 Описание и моделирование последовательностных схем в AHDL

Номер темы 5 6,7 10 8 12 1 17,18 19

8

Расчет учебных часов по темам и видам занятий: № темы

Название разделов и тем

Введение

1 2

3

Основы методологии проектирования дискретных устройств Процесс проектирования дискретных устройств и управление процессом Методология проектирования с использованием языков описания аппаратуры. Основы моделирования параллельных процессов Язык проектирования дискретных устройств VHDL

2

Объем учебных часов Практич. Аудитор. Самост. занятия занятия работа 2

2

2

2

4

7

3

3

6

7

2

3

5

7

Лекции

2

2

5 6 7

Типы данных в VHDL Выражения и операторы, Поведенческое архитектурное тело. Представление последовательных схем Подпрограммы и функции. Пакеты и библиотеки. Структурное архитектурное тело Специальные возможности Иерархические проекты Диалекты VHDL. Перспективы развития VHDL. Приборно ориентированные языки проектирования Концепции языка Структура программы. Логическая секция программы Основные операторы языка Секция подпроекта и секция переменных Объявление интерфейса и внутренних узлов Функции. Иерархические проекты

2 4 4

10 11 12 13

14 15 16 17 18 19 20 21

Всего

Семестр

2

7 7

7

Основные концепции языка VHDL

9

1

2

4

8

Лаборат. занятия

2

2

4

7

2 1

2 5 4

3 4 4

5 9 8

7 7 7

5

2

7

7

14

7

2

1

3

2

5

7

3

2

5

2

7

7

1

1

1

1

3 3 1

4 3 2

7 7 7 7

2 1 1

2

1

7 7

2 1

1

3 1

3

3

6

7

1

2

3

7

1

2

3

1

4

7

1 1

1

1 2

2 3

3 5

7 7

9

№ темы Название разделов и тем 22

23 24

Библиотечные и пользовательские параметризованные модули Моделирование, верификация, временной анализ. Примеры применения Цели и методы верификации Примеры практических применений

Заключение ИТОГО:

Объем учебных часов

№ темы

1

Названи е разделов и тем

Объем учебных часов

№ темы

1

2

Назв ание разде лов и тем 3

Объем учебных часов 7

7

2

2

4

3

7

7

4

4

4

8

7

1 48

1 64

7

60

1 124

16

10

ЛИТЕРАТУРА Основная

№

1 2 3

Название, библиографическое описание Р.И. Грушвицкий, А.Х. Мурсаев.Элементы программирования на VHDL.Методические указания к лабораторным работам. С.Петербург, Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2000 г., 36 с. Р.И. Грушвицкий, А.Х. Мурсаев, Е.П. Угрюмов. Проектирование систем на микросхемах программируемой логики. С. Петербург: «БХВ – Петербург», 2002. Бибило П.Н. Основы языка VHDL. – М.: Солон-Р, 1999. – 200 с

Л

Лр

К-во экз. в библ. (на каф.)

7

7

ч.з.15 (100)

7

7

0(2)

7

Гриф

Учебное пособие

0

Дополнительная Название, библиографическое описание

К-во экз. в библ. (на каф.)

1

Антонов А.П. Язык описания цифровых устройств Altera HDL. Практический курс - М.: ”РадиоСофт”, 2001. М.: ИП РадиоСофт, 2001. – 224 с.

0(10)

2

Ashenden Peter J. Ashenden P.J. The designer’s guide to VHDL. –San Francisco: Morgan Kaufman Publishers. –1996.– 688 p.

0

3

В.Б. Стешенко. ПЛИС фирмы «ALTERA». Элементная база, система проектирования и языки описания аппаратуры – М.: Издательский дом «Додена XXI», 2002 с. – 576 с.

0

4

VHDL Language Manual. – IEEE PRESS. – 1994.

0

№

11

Авторы: д.т.н., проф к.т.н., доц.

Мурсаев А.Х. Грушвицкий Р.И.

Рецензент д.т.н., проф

Водяхо А.И.

Зав. кафедрой Вычислительной техники д.т.н., проф

Пузанков Д.В.

Декан факультета Компьютерных технологий и информатики д.т.н., проф.

Герасимов И.В.

Программа согласована: Зав. кафедрой Вычислительной техники д.т.н., проф

Пузанков Д.В.

Зав. отделом учебной литературы

Смирнова О.Н.

Председатель методической комиссии факультета Компьютерных технологий и информатики к.т.н., доц.

Чугунов Л.А.

Руководитель методического отдела, к.т.н., доцент

Марасина Л.А.