BÀI GIẢNG-THIẾT KẾ LOGIC SỐ

1 HӐC VIӊN CÔNG NGHӊ BƯU CHÍNH VIӈN THÔNG BÀI GIҦNG MÔN THIӂT Kӂ LOGIC SӔ Giҧng viên: TS. NguyӉn Ngӑc Minh ĐiӋn thoҥi/E-mail: 84-4- 3351 9391 Bӝ môn: KTĐT-Khoa KTĐT Hӑc kǤ/Năm biên soҥn: KǤ 1/2010 2 CHƯƠNG 4- PHƯƠNG PHÁP THIӂT Kӂ SӔ TS. NguyӉn Ngӑc Minh Khoa KTĐT1 3 CHƯƠNG 4- PHƯƠNG PHÁP THIӂT Kӂ SӔ BÀI GIҦNG: THIӂT Kӂ LOGIC SӔ www.ptit.edu.vn NӜI DUNG CHÍNH CӪA CHƯƠNG 4.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP MÔ TҦ MҤCH SӔ 4.2 MÔ HÌNH RTL 4.3 THIӂT Kӂ MҤCH TӘ HӦP DÙNG VHDL 4.4 THIӂT Kӂ MҤCH TUҪN TӴ CƠ BҦN DÙNG VHDL 4.5 MÁY TRҤNG THÁI HӲ HҤN FSM 4.6 MÁY TRҤNG THÁI ASM 4.7 PHƯƠNG PHÁP THIӂT Kӂ TOP-DOWM 4.8 PHƯƠNG PHÁP THIӂT Kӂ ĐӖNG BӜ 4.9 PHƯƠNG PHÁP THIӂT Kӂ KHÔNG ĐӖNG BӜ 4 CHƯƠNG 4- PHƯƠNG PHÁP THIӂT Kӂ SӔ BÀI GIҦNG: THIӂT Kӂ LOGIC SӔ www.ptit.edu.vn 4.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP MÔ TҦ MҤCH SӔ 5 CHƯƠNG 4- PHƯƠNG PHÁP THIӂT Kӂ SӔ BÀI GIҦNG: THIӂT Kӂ LOGIC SӔ www.ptit.edu.vn 4.1 MÔ HÌNH BIӆU DIӈN Hӊ THӔNG SӔ 6 CHƯƠNG 4- PHƯƠNG PHÁP THIӂT Kӂ SӔ BÀI GIҦNG: THIӂT Kӂ LOGIC SӔ www.ptit.edu.vn 4.1 MÔ HÌNH BIӆU DIӈN Hӊ THӔNG SӔ Mô hình hoҥt đӝng (Behavioral views): là mô hình mô tҧ hoҥt đӝng, chӭc năng cӫa hӋ thӕng dưӟi dҥng mӕi quan hӋ giӳa đҫu vào, đҫu ra, và đӏnh thӡi mà không quan tâm đӃn cҩu trúc bên trong cӫa hӋ thӕng. + Hình thӭc biӇu diӉn: đưӧc biӇu diӉn bӣi mô tҧ chӭc năng, hoҥt đӝng cӫa hӋ thӕng bҵng ngôn ngӳ tӵ nhiên, giҧn đӗ thӡi gian (sơ đӗ đӏnh thӡi), phương trình logic, bҧng trҥng thái, lưu đӗ giҧi thuұt, đӗ hình trҥng thái. + Đây là mô hình có mӭc đӝ trӯu tưӧng cao nhҩt, và thưӡng rҩt thích hӧp cho các mөc đích mô phӓng, gӥ rӕi nhanh cho hӋ thӕng. 7 CHƯƠNG 4- PHƯƠNG PHÁP THIӂT Kӂ SӔ BÀI GIҦNG: THIӂT Kӂ LOGIC SӔ www.ptit.edu.vn 4.1 MÔ HÌNH BIӆU DIӈN Hӊ THӔNG SӔ Mô hình cҩu trúc (Structural views) : là mô hình mô tҧ cҩu trúc bên trong cӫa hӋ thӕng gӗm các thành phҫn con và các kӃt nӕi giӳa chúng. Mô hình này giӕng như sơ đӗ khӕi hay mҥch nguyên lý cӫa hӋ thӕng. + Hình thӭc biӇu diӉn: đưӧc mô tҧ theo mô hình cҩu trúc có thӇ gӗm các cҩu trúc cәng logic cơ bҧn, các Flip-Flop« + KiӇu mô tҧ này cũng đӝc lұp vӟi công nghӋ thӵc hiӋn mҥch, tuy nhiên đӇ tăng tính tӕi ưu cho mҥch, mô hình cҩu trúc logic thưӡng này thưӡng sӱ dөng các cҩu trúc logic đã đưӧc xây dӵng sҹn, hoһc chӑn trong thư viӋn cӫa nhà cung cҩp phù hӧp vӟi loҥi công nghӋ sӱ dөng. 8 CHƯƠNG 4- PHƯƠNG PHÁP THIӂT Kӂ SӔ BÀI GIҦNG: THIӂT Kӂ LOGIC SӔ www.ptit.edu.vn 4.1 MÔ HÌNH BIӆU DIӈN Hӊ THӔNG SӔ Mô hình vұt lý (Physical views): là mô hình mô tҧ đһc tính vұt lý cӫa hӋ thӕng và thêm vào các thông tin chi tiӃt cho mô hình cҩu trúc như xác đӏnh kích thưӟc hay vӏ trí vұt lý cӫa các linh kiӋn trên bo mҥch hay trên phiӃn bán dүn, cũng như các đưӡng dүn vұt lý cӫa mӕi đưӡng kӃt nӕi. + Hình thӭc biӇu diӉn: biӇu diӉn mҥch in PCB cӫa bo mҥch hӋ thӕng, layout cӫa cӫa IC« + HӋ thӕng sӕ đưӧc mô tҧ ӣ mӭc đӝ chi tiӃt nhҩt, tӟi cҩu trúc vұt lý bán dүn, cũng như cҩu trúc bên trong nhӳng tài nguyên đã sҹn có trong cҩu kiӋn, cách này tӕi ưu cho viӋc tәng hӧp trên loҥi cҩu kiӋn, công nghӋ đã sӱ dөng. 9 CHƯƠNG 4- PHƯƠNG PHÁP THIӂT Kӂ SӔ BÀI GIҦNG: THIӂT Kӂ LOGIC SӔ www.ptit.edu.vn 4.2 CÁC MӬC ĐӜ TRӮU TƯӦNG TRONG MÔ TҦ Hӊ THӔNG SӔ 10 CHƯƠNG 4- PHƯƠNG PHÁP THIӂT Kӂ SӔ BÀI GIҦNG: THIӂT Kӂ LOGIC SӔ www.ptit.edu.vn 4.2 CÁC MӬC ĐӜ TRӮU TƯӦNG TRONG MÔ TҦ Hӊ THӔNG SӔ Mô tҧ mӭc mҥch điӋn (Circuit Level or Transistor Level): Đây là mӭc mô tҧ có mӭc đӝ trӯu tưӧng thҩp nhҩt. HӋ thӕng đưӧc mô tҧ theo mô hình cҩu trúc sӱ dөng các cҩu trúc cơ bҧn như Transistor, ĐiӋn trӣ, Tө điӋn, « hay theo mô hình hoҥt đӝng sӱ dөng hӋ phương trình vi phân. + Ӣ mӭc mô tҧ này hӋ thӕng sӕ đưӧc tính toán như mӝt hӋ thӕng tương tӵ, mà trong đó tín hiӋu tín toán theo mӭc điӋn áp biӃn đәi theo gian và có giá trӏ trong khoҧng liên lөc. HӋ thӕng cũng có thӇ đươc mô tҧ theo mô hình vұt lý sӱ dөng cҩu trúc bán dүn cӫa các cҩu kiӋn và kӃt nӕi giӳa chúng. [...]... www.ptit.edu.vn BÀI GIҦNG: THIӂT Kӂ LOGIC SӔ CHƯƠNG 4- PHƯƠNG PHÁP THIӂT Kӂ SӔ 4.3.2 Testbech cho mҥch tә hӧp Ví dө tҥo dҥng sóng 35 www.ptit.edu.vn BÀI GIҦNG: THIӂT Kӂ LOGIC SӔ CHƯƠNG 4- PHƯƠNG PHÁP THIӂT Kӂ SӔ 4.3.3 Mô tҧ mҥch logic cơ bҧn Ví dө mô tҧ mҥch Mux 2 sang 1 có sơ đӗ mҥch như sau: nots a b architecture mux21 of mux21 is signal aout : STD _LOGIC; signal bout : STD _LOGIC; signal nots : STD _LOGIC; ... www.ptit.edu.vn BÀI GIҦNG: THIӂT Kӂ LOGIC SӔ CHƯƠNG 4- PHƯƠNG PHÁP THIӂT Kӂ SӔ 4.1.3 Phương pháp mô t̻ theo mô hình luͫng d· li͟u RTL a Mô tҧ mҥch logic tә hӧp 21 www.ptit.edu.vn BÀI GIҦNG: THIӂT Kӂ LOGIC SӔ CHƯƠNG 4- PHƯƠNG PHÁP THIӂT Kӂ SӔ b Mô tҧ mҥch tuҫn tӵ TiӃn trình hoҥt đӝng theo clock có thӇ đưӧc mô tҧ thành tiӃn trình đӗng bӝ hoһc tiӃn trình không đӗng bӝ 22 www.ptit.edu.vn BÀI GIҦNG: THIӂT Kӂ LOGIC. ..BÀI GIҦNG: THIӂT Kӂ LOGIC SӔ CHƯƠNG 4- PHƯƠNG PHÁP THIӂT Kӂ SӔ 4.2 CÁC MӬC ĐӜ TRӮU TƯӦNG TRONG MÔ TҦ Hӊ THӔNG SӔ Mô tҧ mӭc logic (Logic Lever or Gate Level): HӋ thӕng đưӧc mô tҧ sӱ dөng các cҩu trúc cәng logic sơ bҧn như AND, OR, XOR, MUX, phҫn tӱ nhӟ cơ bҧn như Flip-Flops« Tín hiӋu đưӧc biӇu diӉn theo các mӭc logic µ0¶, µ1¶ và hoҥt đӝng vào- ra đưӧc tính... 31 www.ptit.edu.vn BÀI GIҦNG: THIӂT Kӂ LOGIC SӔ CHƯƠNG 4- PHƯƠNG PHÁP THIӂT Kӂ SӔ 4.3.2 Testbech cho mҥch tә hӧp Sơ đӗ tәng chương trình thӱ Testbench đҫy đӫ 32 www.ptit.edu.vn BÀI GIҦNG: THIӂT Kӂ LOGIC SӔ CHƯƠNG 4- PHƯƠNG PHÁP THIӂT Kӂ SӔ 4.3.2 Testbech cho mҥch tә hӧp Trư͵ng hͻp 1: ViӃt mô tҧ đӇ tҥo ra dҥng tín hiӋu đơn a như hình vӁ dưӟi đây 33 www.ptit.edu.vn BÀI GIҦNG: THIӂT Kӂ LOGIC SӔ CHƯƠNG 4-... www.ptit.edu.vn BÀI GIҦNG: THIӂT Kӂ LOGIC SӔ CHƯƠNG 4- PHƯƠNG PHÁP THIӂT Kӂ SӔ 14 www.ptit.edu.vn BÀI GIҦNG: THIӂT Kӂ LOGIC SӔ CHƯƠNG 4- PHƯƠNG PHÁP THIӂT Kӂ SӔ Ví dө: Mô tҧ theo mô hình cҩu trúc Mô hình c̽u trúc m΁c h͟ thͩng đi͛n hình cͿa h͟ thͩng sͩ Trong đó h͟ thͩng sͩ đưͻc xây dΉng t΃ các khͩi chính như Vi x΅ lý, Bͱ nhͳ, giao ti͗p bͱ nhͳ,« 15 www.ptit.edu.vn BÀI GIҦNG: THIӂT Kӂ LOGIC SӔ CHƯƠNG... hӋ thӕng phӭc tҥp, đa dөng như các bӝ vi xӱ lý 24 www.ptit.edu.vn BÀI GIҦNG: THIӂT Kӂ LOGIC SӔ CHƯƠNG 4- PHƯƠNG PHÁP THIӂT Kӂ SӔ Ví dө - Mô hình c̽u trúc m΁c RTL 25 www.ptit.edu.vn BÀI GIҦNG: THIӂT Kӂ LOGIC SӔ CHƯƠNG 4- PHƯƠNG PHÁP THIӂT Kӂ SӔ 4.2 MÔ HÌNH RTL (tt) 4.2.1 Khӕi Datapath Datapath RTL gӗm các khӕi thanh ghi và các khӕi mҥch logic tә hӧp, đưӧc mô tҧ bҵng các tiӃn trình tә hӧp (combinatorial... sau: -Các c̽u trúc tͅp l͟nh -Testbench cho m̹ch - M̹ch mã hóa, gi̻i mã -Mô t̻ m̹ch logic cơ b̻n - M̹ch ghép kênh - M̹ch m̹ hóa ưu tiên -Bͱ đ͟m - Bͱ cͱng - M̹ch ki͛m tra ch͋n l͕ - ALU 28 www.ptit.edu.vn BÀI GIҦNG: THIӂT Kӂ LOGIC SӔ CHƯƠNG 4- PHƯƠNG PHÁP THIӂT Kӂ SӔ 4.3.1 Cҩu trúc tұp lӋnh dùng cho mô tҧ mҥch tә hӧp Mҥch logic tә hӧp có thӇ mô tҧ bҵng các cҩu trúc lӋnh song, tuy nhiên thưӡng dùng các process... www.ptit.edu.vn BÀI GIҦNG: THIӂT Kӂ LOGIC SӔ CHƯƠNG 4- PHƯƠNG PHÁP THIӂT Kӂ SӔ Mô hình k͗t nͩi cͿa các Process Process 1 A B C G1 C . SӔ BÀI GIҦNG: THIӂT Kӂ LOGIC SӔ www.ptit.edu.vn 4.2 CÁC MӬC ĐӜ TRӮU TƯӦNG TRONG MÔ TҦ Hӊ THӔNG SӔ Mô tҧ mӭc logic (Logic Lever or Gate Level): HӋ thӕng đưӧc mô tҧ sӱ dөng các cҩu trúc cәng logic. PHƯƠNG PHÁP THIӂT Kӂ SӔ BÀI GIҦNG: THIӂT Kӂ LOGIC SӔ www.ptit.edu.vn 4.2 CÁC MӬC ĐӜ TRӮU TƯӦNG TRONG MÔ TҦ Hӊ THӔNG SӔ 10 CHƯƠNG 4- PHƯƠNG PHÁP THIӂT Kӂ SӔ BÀI GIҦNG: THIӂT Kӂ LOGIC SӔ www.ptit.edu.vn 4.2. BӜ 4 CHƯƠNG 4- PHƯƠNG PHÁP THIӂT Kӂ SӔ BÀI GIҦNG: THIӂT Kӂ LOGIC SӔ www.ptit.edu.vn 4.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP MÔ TҦ MҤCH SӔ 5 CHƯƠNG 4- PHƯƠNG PHÁP THIӂT Kӂ SӔ BÀI GIҦNG: THIӂT Kӂ LOGIC SӔ www.ptit.edu.vn 4.1