Проектирование компьютерного технического устройства
Методическое пособие - Компьютеры, программирование
Другие методички по предмету Компьютеры, программирование
ния.
В разделе Выводы подводится итог выполненной работы в виде поэтапного перечисления всех полученных результатов.
Рекомендации по реализации основных разделов проекта следуют ниже.
Пример цикла проектирования устройства на ПЛИС
Проектирование технического устройства начинается с пожелания заказчика. Пожелание заказчика для проектирования данного устройства звучит так: разработать кодоуправляемое устройство для формирования произвольных импульсных последовательностей с частотой f, равной 65 МГц. В результате анализа технического предложения заказчика мы получаем техническое задание. Данное устройство будет спроектировано на ПЛИС, этот момент объясняется тем, что в настоящее время данная техническая база является наиболее дешевой по сравнению с другими. На сегодняшний день наиболее развитыми являются два типа устройств программируемой логики - FPGA и CPLD. CPLD (комплексные программируемые логические устройства), потому что не содержат матриц И и ИЛИ. FPGA включают в себя специальные логические блоки для реализации требуемых функций и сеть конфигурируемых межсоединений.
Техническое задание. Назначение устройства
Кодоуправляемое устройство для формирования произвольных импульсных последовательностей с частотой f, равной 65 МГц.
Входные/выходные параметры
На вход устройства подаются 2 одноразрядных числа, которые являются управляющими для данного устройства, а также 9-ти разрядное двоичное число, являющееся информацией для настройки. Результатом работы устройства является произвольная импульсная последовательность. В таблице 4.1 и таблице 4.2 представлены входные и выходные параметры для проектирования устройства соответственно.
Таблица 4.1 Входные параметры
ВходыРазрядностьОписаниеReset1 битУстановка в начальное состояние устройстваStr1 битСтроб вводаData9 битИнформационные данные
Таблица 4.2 Выходные параметры
ВыходыРазрядностьОписаниеReady1 битГотовность устройства к приему новых информационных данныхDataOut1 битПроизвольная импульсная последовательность
Выбор типа кристалла
Программируемые пользователем вентильные матрицы (Field Programmable Gate Arrays - FPGA) впервые были разработаны фирмой Xilinx в 1985г. Настраиваемыми элементами в FPGA являются программируемые мультиплексоры. Настройка FPGA на заданное функционирование выполняется каждый раз перед началом ее работы. Необходимая для этого программа настройки предварительно записывается в ПЗУ (ОЗУ). Сразу после включения питания производится загрузка информации из ПЗУ и осуществляется автоматическая инициализация FPGA (для этого FPGA содержит необходимые логические схемы). Возможно также выполнение настройки FPGA под управлением микропроцессора или микроконтроллера.
Микросхемы типа CPLD применяются в проектах с большим количеством вентилей. Но по современным меркам схема даже с 20000 вентилями не является большой. Для реализации крупных проектов удобно использовать чипы, обладающие еще большей логической вместимостью. Такими чипами являются программируемые пользователем вентильные матрицы. По своей структуре FPGA отличаются от SPLD и CPLD, потому что не содержат матриц И и ИЛИ. Вместо этого FPGA включают в себя специальные логические блоки для реализации требуемых функций.
Применение CPLD особенно эффективно при реализации управляющих и интерфейсных схем, а FPGA - при реализации алгоритмов цифровой обработки сигналов.
Техническое предложение
В результате анализа технического задания мы получаем техническое предложение, которое состоит из следующих этапов:
поиск готовых решений;
выбор семейства кристалла;
математическое моделирование;
выбор схемотехнического решения;
спецификация всего устройства.
Поиск готовых решений нам не принес никакого результата, поэтому мы проектируем данное устройство по известному нам алгоритму. Так как устройство простое, то мы не используем никаких программ для математического моделирования.
Спецификация всего устройства
В таблице 4.3 приведены данные для определения коэффициента деления частоты при помощи старших четырех бит информационной последовательности.
компьютерный кристалл схемотехнический моделирование
Таблица 4.3 - Коэффициенты деления частоты
NKiNki110110001299900103820010047330101564510006551100174831010
Формат слова - CNkiNj, где С - бит четности, Nki - старшие четыре разряда слова, Nj - младшие четыре разряда слова.
Ki - коэффициент деления частоты.1 - число бит, необходимых для представления коэффициента деления частоты в двоичной системе исчисления.2 - разрядность выходной импульсной последовательности.- число одноразрядных коммутирующих импульсов.1=10; n2=7;m=8.
В таблице 4.4 представлены данные для коммутатора импульсов, где Код - m-разрядная последовательность.
Таблица 4.4 - Данные для коммутатора импульсов
NNjКод101101000111201110111000301011100110410001110011510010101100611001111000700110001111800101010101
Интерфейс данного проектируемого устройства приведен ниже, на рисунке 4.1.
Рисунок 4.1 - Интерфейс проектируемого устройства
Выбор семейства кристаллаимеет типичную структуру вентильной матрицы. На рис. 4.2 представлен FPGA фирмы Xilinx - Spartan II (модель XC2S15).
ПЛИС типа FPGA фирмы Xilinx выполнены по SRAM КМОП технологии. Характеризуются высокой гибкостью структуры и изобилием на кристалле триггеров. При этом логика реализуется посредством матрицы так называемых LUT - таблиц (Look Up Table), а внутренние межсоединения - посредство