Hardware Description Language Hardware Description Language Giảng viên: Ths. Hoàng Vân Đông Khoa: ĐTVT – Đại học Điện Lực About lecturer About lecturer  Liên hệ: ◦ Bộ môn kỹ thuật điện tử khoa ĐTVT - ĐHĐL ◦ Email: hoangvandong@epu.edu.vn ◦ ĐT: 0946 83 06 20 ◦ Face: Hoàng elab  Lĩnh vực nghiên cứu: ◦ Thiết kế số, Hệ thống nhúng, FPGA ◦ Xử lý tín hiệu, Trí tuệ nhân tạo ◦ Thủy vân số, Bảo mật  Quá trình học tập: ◦ K46 ĐTVT-ĐHBK Hà nội (2001 - 2006)  Đề tài: Thiết kế mạch đo tín hiệu Điện tim ◦ Ths ĐTVT Học viện Quân sự (2007-2009)  Đề tài: Ứng dụng Thủy vân bảo vệ bản quyền ảnh số 2 Quy định chung Quy định chung  Đánh giá ◦ Điều kiện dự thi: Theo quy định của trường ◦ Kiểm tra: 2- 3 bài (30%) ◦ Thi cuối kỳ (70%) ◦ Điều kiện đạt: các bài thi và bài tập lớn > 50% số điểm ◦ Bài tập lớn (100 %) (làm theo nhóm 3 sinh viên) 3 Mục đích của môn học Mục đích của môn học  Nắm được công nghệ IC khả trình PLD  Nắm được quy trình thiết kế hệ thống số với PLD  Có khả năng thiết kế hệ thống số dùng ngôn ngữ VHDL  Có khả năng sử dụng công cụ thiết kế của Xilinx (hoặc Altera) 4 Tài liệu tham khảo Tài liệu tham khảo ◦ Slides bài giảng trên lớp ◦ E-books  VHDL cookbook  VHDL programming by Example 4 th edition by Douglas L. Perry ◦ Website  www.xilinx.com  www.Altera.com 5 Nội dung môn học Nội dung môn học 1. Giới thiệu chung về công nghệ IC khả trình 2. Thiết kế số (nhắc lại) 3. Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL 4. Thiết kế dùng IC khả trình của Xilinx và Altera 6 Chương 1. Giới thiệu chung về công nghệ Chương 1. Giới thiệu chung về công nghệ IC khả trình PLD IC khả trình PLD 1.1 Các bước thiết kế VLSI 1.2 Các công nghệ dùng trong thiết kế 1.3 Công nghệ IC khả trình 1.4 Ứng dụng của công nghệ IC khả trình 7 1.1 Các bước thiết kế VLSI 1.1 Các bước thiết kế VLSI  Ví dụ: Thiết kế bộ chạy đĩa DVD 8 1.1 Các bước thiết kế VLSI 1.1 Các bước thiết kế VLSI 9 System Specification Architectural Design Logic Design Circuit Design Physical Design Functional Design Fabrication Packaging 1.1 Các bước thiết kế VLSI 1.1 Các bước thiết kế VLSI 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 … 10 [...]... 1.3 Công nghệ IC khả trình Programmable logic array  PLA Programmable Input And plane Or plane Output 29 1.3 Công nghệ IC khả trình Programmable logic array  30 PLA 1.3 Công nghệ IC khả trình Programmable Array Logic  PAL Programmable Input And plane Fixed Or plane Output 31 1.3 Công nghệ IC khả trình Programmable Array Logic 32 1.3 Công nghệ IC khả trình Complex Programmable Logic Devices  CPLD... Các công nghệ dùng trong thiết kế 1.2.4 Công nghệ logic khả trình  Là một IC số mà người dùng có thể cấu hình để chúng có một chức năng logic mong muốn  Ưu điểm: ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ Thời gian thiết kế ngắn Chi phí phát triển thấp Giảm thiểu được yêu cầu về điện Chi phí sản xuất với số lượng lớn thấp Không sao chép được Linh động trong việc thử nghiệm thiết kế 26 1.3 Công nghệ IC khả trình  27 Trong các công. .. 33 1.3 Công nghệ IC khả trình Field-programmable Gate Array I/O I/O I/O I/O I/O SM SM SM SM I/O CLB SM CLB SM I/O CLB SM CLB SM CLB SM SM CLB SM SM 34 1.3 Công nghệ IC khả trình Field-programmable Gate Array I/O I/O I/O I/O I/O SM SM SM SM I/O CLB SM CLB SM I/O CLB SM CLB SM CLB SM SM CLB SM SM 35 1.3 Công nghệ IC khả trình Field-programmable Gate Array  Cấu tạo của một CLB (Configurable Logic Block)... nghệ logic số hiện nay công nghệ logic khả trình là lựa chọn thích hợp cho việc phát triển các hệ thống số không quá phức tạp, với số lượng không lớn, thời gian phát triển nhanh, nhất là ở các nước có nền công nghiệp điện tử mới phát triển như VN 1.3 Công nghệ IC khả trình  Realisation as AND-  Realisation as OR-AND: OR: F1=xy+xy’z+x’yz F1=((x’+y’) (x’+y+z’) (x+y’+z’))’ xy z x y z F1 28 F1 1.3 Công. .. System Specification Physical Design Architectural Design Architectural Specification Functional Design Timing & relationship between functional units Logic Design RTL in HDL Layout Circuit Design or Logic Synthesis Fabrication Chips Packaging Packaged and tested chips 18 1.2 Các công nghệ dùng trong thiết kế số CÔNG NGHỆ LOGIC SỐ Standard Logic TTL 74xx CMOS 4xxx PLD SPLD PLA CPLD ASIC FPGA Gate Array... VLSI Design Công nghệ LOGI C số PAL 19 1.2 Các công nghệ dùng trong thiết kế số  1.2.1 – Công nghệ Logic chuẩn • Gồm 2 họ cấu kiện TTL và CMOS • Chức năng của các IC là cố định • Ưu điểm: • Thực hiện thiết kế đơn giản • Chi phí phát triển ứng dụng thấp • Thay đổi nhanh bản thiết kế • Tương đối dễ thử nghiệm trong các mạch 20 1.2 Các công nghệ dùng trong thiết kế số  1.2.1 – Công nghệ Logic chuẩn •... rất lớn 23 1.2 Các công nghệ dùng trong thiết kế 1.2.2 ASICs (Application specific IC)  Ưu điểm: ◦ Giảm thiểu được kích thước thông qua việc sử dụng mức tích hợp cao ◦ Giảm thiểu được yêu cầu về điện ◦ Chi phí giảm đáng kể vì thường sản xuất với quy mô lớn ◦ Không sao chép được  Nhược điểm: ◦ Chi phí phát triển ban đầu rất lớn 24 1.2 Các công nghệ dùng trong thiết kế 1.2.4 Công nghệ Full custom VLSI... điểm • Các yêu cầu về kích thước trong bảng mạch lớn • Khó chế tạo ứng dụng phức tạp • Yêu cầu về điện lớn • Thiếu tính bảo mật • Các yêu cầu chi phí bổ sung cao 21 1.2 Các công nghệ dùng trong thiết kế 1.2.2 ASICs (Application specific IC)  Khắc phục những nhược điểm của việc thiết kế bằng các IC chức năng cố định  Các thiết kế này phức tạp không thể thực hiện bằng cách sử dụng các IC chức năng cố... hiện bằng cách sử dụng các IC chức năng cố định  Người thiết kế cấu hình ASIC theo chức năng mong muốn  Thực hiện công đoạn sản xuất tại nhà máy 22 1.2 Các công nghệ dùng trong thiết kế 1.2.2 ASICs (Application specific IC)  Ưu điểm: ◦ Giảm thiểu được kích thước thông qua việc sử dụng mức tích hợp cao ◦ Giảm thiểu được yêu cầu về điện ◦ Chi phí giảm đáng kể vì thường sản xuất với quy mô lớn ◦ Không... VLSI Component hierarchy top i1 xxx i2 15 1.1 Các bước thiết kế VLSI Physical Design – Chuyển từ netlist sang dạng biểu diễn hình học Cách biểu diễn hình học này được gọi là layout 16 1.1 Các bước thiết kế VLSI 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 . Giới thiệu chung về công nghệ IC khả trình PLD IC khả trình PLD 1.1 Các bước thiết kế VLSI 1.2 Các công nghệ dùng trong thiết kế 1.3 Công nghệ IC khả trình 1.4 Ứng dụng của công nghệ IC khả trình 7 1.1. chips Architectural Design Functional Design Logic Design Physical Design Fabrication Packaging Circuit Design or Logic Synthesis 1.2 Các công nghệ dùng trong thiết kế 1.2 Các công nghệ dùng trong thiết kế số số 19 CÔNG NGHỆ LOGIC SỐ Standard Logic PLD. kế VLSI 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