Проектування цифрових пристроїв на основі САПР QUARTUS II: Практикум, страница 2

Через складність ПЛІС (в одному кристалі міститься від тисяч до мільйонів еквівалентних вентилів типу двовходових логічних елементів) застосовуються нові автоматизовані методи синтезу цифрових структур і комплексні засоби проектування РЕА на персональних комп’ютерах. Зокрема, для ПЛІС фірми Altera (США), які часто розглядаються як стандарти нової елементної бази, впроваджено декілька пакетів САПР, версії яких постійно оновлюються. Хоч САПР різних фірм мають відмінності, методика проектування на їх основі є багато в чому спільною. У цьому посібнику користуватимемося САПР Quartus ІІ, яка підтримує університетську освіту і пристосована для нових та розроблених раніше ПЛІС фірми Altera і деяких інших фірм. На відміну від попередніх САПР (типу CAD – computer aided design) така система є повноцикловою (типу EDA – electronic design automation). Це означає, що вона являє собою закінчене проектне середовище для реалізації виробу типу «система на програмованому кристалі» (SOPC – system-on-a-programmable-chip), тобто забезпечує всі етапи проектування – від введення проекту до моделювання і фізичного програмування ПЛІС та тестування результатів.

У САПР проектом прийнято називати комплект файлів, створених користувачем і програмним забезпеченням для досягнення поставленої мети. Етапи проектування за допомогою САПР можна узагальнити як у спрощеному вигляді подано на рис. В1.

Введення проекту здійснюється інструментальними засобами у традиційній для інженера графічній формі (принципова електрична схема) або в текстовій формі (програма апаратною мовою високого рівня) з використанням бібліотеки бази даних – стандартних компонентів САПР або створених користувачем і згорнутих до символа блоків. Для побудови РЕА найдоцільнішою є ієрархічна структура, за якою проект вводиться на рівні блок-схеми в графічному редакторі (проект верхнього рівня), а окремі блоки подаються у текстовому або графічному редакторі (проекти нижніх рівнів). Складні проекти, компонентами яких можуть бути мікропроцесори, блоки пам’яті та ін., створюються спеціальними засобами САПР на рівні системи. Результатом введення проекту є низка сформованих проектних файлів.

Рисунок В.1 – Етапи проектування за допомогою САПР

Другим і найважливішим етапом створення проекту є його компіляція (compilation), яка виконується автоматично, в декілька кроків. Після завантаження проектних файлів до компілятора здійснюється їх аналіз, щоб сформувати рівняння залежності вихідних функцій від вхідних змінних, і синтез, щоб реалізувати проект за використання мінімуму з доступного ресурсу ПЛІС залежно від її технології (наприклад, на мінімальній кількості логічних елементів). При цьому виявляються помилки, наприклад, коли відсутнє джерело сигналу на деякому вході, і застереження, наприклад, про невикористовуваний деякий компонент (до усунення помилок компіляція зупиняється). Наступним кроком є трасування, яке полягає у виборі місцеположення комірки ПЛІС для реалізації певної функції і маршруту її зв’язків із виводами мікросхеми таким чином, аби забезпечити максимальну швидкодію. За результатами трасування модуль компілятора асемблер генерує об’єктні файли для виготовлення реально працюючого пристрою. Останнім кроком компіляції є часовий аналіз (timing analyse), який полягає у вимірюванні затримки сигналів різними шляхами їх поширення, визначенні критичних шляхів і, отже, найгіршої швидкодії, тобто придатності проекту для реалізації заданої мети.

Під час функціонального моделювання з переліку сигналів, що міститься в службових файлах компілятора, формується файл часових діаграм. При цьому вхідні сигнали задаються користувачем, а вихідні – генеруються імітатором (програмним модулем Simulator). Залежно від вибраного режиму імітатор може моделювати або лише виконувану пристроєм функцію, або функцію і часові затримки. Завдяки цьому функціональне моделювання дозволяє випробувати і налагодити пристрій перед втіленням його в кристалі, що значно скорочує термін проектування.