Проектирование цифровых устройств в САПР ISE - Курсовая работа

Для проектирования цифровых устройств на ПЛИС фирмы Xilinx с применением языка VHDL могут использоваться различные системы, в том числе широко известная система Leonardo Spectrum, Foundation Express и Integrated Synthesis Environment (ISE). Работой САПР управляет Навигатор проекта (Project Navigator), который предоставляет пользователю удобный интерфейс для работы с проектом. 2.1) содержит четыре встроенных окна: окно исходных модулей (файлов) проекта (Sources in Project), окно процессов для выбранного исходного модуля проекта (Processes for Current Source), окно консольных сообщений программных модулей (Console) и окно текстового редактора HDL-описаний. Окно процессов отображает этапы разработки и программирования ПЛИС, последовательность и содержание этапов определяется типом исходного модуля и семейством ПЛИС. В процессе создания цифровых устройств с использованием САПР ISE можно выделить следующие этапы: создание нового проекта, ввод описания проектируемого устройства, этап синтеза схемы, моделирование устройства, реализация проекта в ПЛИС и ее программирование.Создание нового проекта инициируется последовательным выбором пунктов меню File ? New Project (эта последовательность показана на рис. При этом открывается диалоговая панель, в которой разработчик должен указать имя и расположение проекта на жестком диске, а также выбрать семейство ПЛИС, тип кристалла и средства синтеза устройства. После ввода указанных данных в окне исходных модулей проекта появится пиктограмма основного модуля с указанием типа кристалла и инструментов синтеза. Для ввода описания следует выбрать пункты меню Project ? New Source, после чего открывается список возможных типов исходных модулей (см. рис. В этом списке следует выбрать тип нового исходного модуля (в данном случае - пункт VHDL module) и указать имя файла.В системе ISE для моделирования используется программа MODELSIM. Для задания сигналов системы моделирования в САПР ISE используются возможности программы Test Behcher. Вызов этой программы производится из основного меню последовательным выбором следующих пунктов: Project ? New Source ? Test Bench Waveform (см. рис. Выбор пункта Test Bench Waveform позволяет задавать входные сигналы в виде временных диаграмм. После запуска программы Test Behcher последовательно открываются несколько окон, в которых надо нажать клавиши Next и Finish.Процессы реализации на ПЛИС типа CPLD и ПЛИС типа FPGA отличаются друг от друга. 2.9 показано окно процессов для ПЛИС типа CPLD. Для запуска этих процессов достаточно выбрать исходный файл в окне исходных модулей и дважды нажать левой клавишей мыши на нужном процессе в окне процессов, например, на пункте Implement Design. Отчет о результатах синтеза (Synthesis Report) содержит параметры синтеза, информацию о ходе компиляции исходных модулей, сообщения об ошибках и другую информацию. Отчет о размещении (Fitter Report) содержит общую информацию о ресурсах ПЛИС, об общем количестве и числе используемых блоков ПЛБ, выходных контактов и их использовании и другую информацию.Создание проекта, ввод схемы, задание ограничений для ПЛИС типа FPGA, а также моделирование производятся также, как это описано в разделах 2.3 и 2.4. 2.13 показано окно процессов для ПЛИС типа FPGA. Содержание этих процессов отличается от процессов, приведенных на рис. Отчет о размещении и проведении связей (Place&Route Report) наряду с другой информацией содержит данные о задержках сигналов внутри ПЛИС. Эта информация представляет существенный интерес, так вследствие специфики структуры ПЛИС величина задержки зависит от взаимного расположения узлов и связей между ними.Рассмотрим разработку четырехразрядного сдвигающего регистра, обеспечивающего преобразование последовательного кода в параллельный и имеющего информационный вход DIN, вход синхронизации CLK и выход DOUT[3/0]. Внешние сигналы с помощью редактора ограничений задаются на следующие контакты: din - P40, clk - P39, dout[3/0] - P41, P43, P4, P45. Для моделирования с помощью программы Test Behcher задаются временные диаграммы сигналов din и clk, которые показаны на рис. На этих временных диаграммах заданы следующие параметры: длительности единичного и нулевого значения синхросигнала - по 10 нс, время установки входных воздействий перед фронтом тактового сигнала и время задержки выходных значений по 6 нс. Распределение внешних сигналов по контактам, полностью совпадающее с заданным выше, отражается следующим фрагментом: Resolved that GCLKIOB must be placed at site P39.Выходной код в этом случае должен иметь 32 разряда. Необходимо отметить, что в ряде современных семейств ПЛИС имеются встроенные умножители, однако в настоящем разделе используется ПЛИС типа FPGA XC2S15-VQ100, в которой таких блоков нет. Описание умножителя на языке VHDL имеет следующий вид: library IEEE; Разработанный умножитель является комбинационной схемой, поэтому для разработчика в данном случае представляют интерес задержки распространения сигнала от входа до выхода (Pad to Pad). 2.23 показано окно

Содержание

Введение

1. Ввод проекта

2. Моделирование

3. Синтез и реализация проекта на ПЛИС типа CPLD

4. Синтез и реализация проекта на ПЛИС типа FPGA

5. Разработка регистровой схемы

6. Разработка умножителя

7. Использование структурного описания

Литература

Для проектирования цифровых устройств на ПЛИС фирмы Xilinx с применением языка VHDL могут использоваться различные системы, в том числе широко известная система Leonardo Spectrum, Foundation Express и Integrated Synthesis Environment (ISE). В настоящей главе рассматривается работа системы ISE. Характерной особенностью САПР фирмы Xilinx является привлечение для синтеза на языке VHDL синтезаторов третьих фирм. Исключением из этого правила является технология XST, используемая в САПР ISE. Использование этой технологии и рассматривается в данной главе.

Работой САПР управляет Навигатор проекта (Project Navigator), который предоставляет пользователю удобный интерфейс для работы с проектом. Основное окно Навигатора проекта (см. рис. 2.1) содержит четыре встроенных окна: окно исходных модулей (файлов) проекта (Sources in Project), окно процессов для выбранного исходного модуля проекта (Processes for Current Source), окно консольных сообщений программных модулей (Console) и окно текстового редактора HDL-описаний.

В окне исходных модулей отображается иерархическая структура проекта, содержащая описание проектируемого устройства, а также описание тестовых воздействий, используемых в процессе моделирования. Каждый тип модуля имеет соответствующее графическое обозначение (пиктограмму). Окно процессов отображает этапы разработки и программирования ПЛИС, последовательность и содержание этапов определяется типом исходного модуля и семейством ПЛИС. В этом же окне указывается информация о дополнительных инструментах, которые могут быть использованы на каждом этапе. Окно консольных сообщений предназначено для вывода информации программных модулей, которые не создают собственных окон.

Рис. 2.1. Основное окно Навигатора проекта

В процессе создания цифровых устройств с использованием САПР ISE можно выделить следующие этапы: создание нового проекта, ввод описания проектируемого устройства, этап синтеза схемы, моделирование устройства, реализация проекта в ПЛИС и ее программирование.

При создании проекта задается тип проекта, его местоположение на диске, тип ПЛИС и другая информация. Ввод схемы или описания проектируемого устройства может осуществляться различными методами, в том числе схемотехническими; в настоящей главе рассматривается только проектирование с использованием языка VHDL. Процесс синтеза осуществляется автоматически средствами САПР. На этапе реализации проекта в ПЛИС выполняется размещение элементов в программируемые логические блоки ПЛБ и трассировка связей с учетом типа используемой ПЛИС. В процессе трассировки также определяются реальные значения задержек распространения сигналов, которые могут использоваться для временного моделирования схемы. Завершающим этапом является загрузка конфигурационных данных в ПЛИС с помощью соответствующих программ и загрузочного кабеля.

Важным моментом при разработке схем на ПЛИС является моделирование разработанных устройств. Обычно средства моделирования органично вписываются в систему проектирования, и пользователю предоставляются самые разнообразные, достаточно мощные и в то же время удобные средства. Однако в системе ISE для моделирования используется дополнительная программа MODELSIM. В современных системах проектирования имеется несколько вариантов моделирования. Функциональное моделирование без учета задержек является наиболее простым и быстрым и позволяет провести предварительную проверку проекта с целью выявления грубых ошибок. Для более детального исследования схемы проводится функциональное моделирование с учетом задержек, которые обычно считаются равными для всех элементов схемы. Окончательная проверка производится с использованием схемного (временного) моделирования реализованного проекта после размещения элементов на кристалле и трассировки связей.