Bài giảng THIẾT KẾ LOGIC SỐ

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG BÀI GIẢNG MÔN THIẾT KẾ LOGIC SỐ Giảng viên: TS Nguyễn Ngọc Minh Điện thoại/E-mail: 84-4- 3351 9391 Bộ môn: KTĐT-Khoa KTĐT Học kỳ/Năm biên soạn: Kỳ 1/2012 www.ptit.edu.vn Thiết kế logic số Trang Giới thiệu môn học • Tên môn học: Thiết kế logic số • Số đvht: • Phân bố thời gian: – – – – Giảng lý thuyết : tiết Kiểm tra : tiết Thực hành, thực tập : BT lớn Tự học : 80 www.ptit.edu.vn Thiết kế logic số Trang Kiến thức môn học • Môn học cung cấp cho sinh viên phương pháp mô tả, thiết kế theo cấu trúc, RTL hành vi hệ thống số dùng ngôn ngữ mô tả phần cứng • thiết kế mạch số tổ hợp • thiết kế mạch số • máy trạng thái, • hazard, phát lỗi, • thử nghiệm thiết kế hệ thống số sử dụng cấu kiện logic khả trình CPLD, FPGA www.ptit.edu.vn Thiết kế logic số Trang Các công cụ • • • • • • Xilinx ISE Xilinx Webpack Actel Libero Altera Quartus Modelsim Các kít phát triển CPLD FPGA www.ptit.edu.vn Thiết kế logic số Trang Trọng số loại điểm kiểm tra: • • • • Chuyên cần: 10% Kiểm tra: 10% Bài tập: 10% Thi kết thúc :70% www.ptit.edu.vn Thiết kế logic số Trang Tóm tắt nội dung • CHƯƠNG – GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SỐ • CHƯƠNG – CẤU KIỆN LOGIC KHẢ TRÌNH (PLD) • CHƯƠNG – CĂN BẢN VỀ NGÔN NGỮ MÔ TẢ PHẦN CỨNG VHDL • CHƯƠNG – PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ LOGIC DÙNG VHDL • CHƯƠNG – THIẾT KẾ CÁC HỆ THỐNG SỐ ỨNG DỤNG DÙNG VHDL www.ptit.edu.vn Thiết kế logic số Trang Tài liệu tham khảo • • • • • • • • [1] Volnei A Pedroni, Circuit Design with VHDL, Massachusetts Institute of Technology, 2004 [2] Pong P Chu, RTL Hardware Design using VHDL – Coding for Efficiency, Portability, and Scalability”, Wiley, ISBN 978-0-471-72092-8, 2006 [3] M Morris Mano, Digital Design, Third Edition, Prentice Hall, 2002 [4] VHDL for Programmable Logic by Kevin Skahill, Addison Wesley, 1996 [5] The Designer's Guide to VHDL by Peter Ashenden, Morgan Kaufmann, 1996 [6] Analysis and Design of Digital Systems with VHDL by Dewey A., PWS Publishing, 1993 [7] Tài liệu hãng, phần mềm thiết kế mạch logic số, dòng chip của: Xilinx, Altera, Actel,… [8] Tài liệu hãng, phần mềm thiết kế điện tử của: Altium, Cadence, Mentor Graphic, Proteus,… www.ptit.edu.vn Thiết kế logic số Trang CHƯƠNG – GIỚI THIỆU CHUNG • • • • • • • • Giới thiệu chung Quy trình phát triển hệ thống điện tử Mô hình kiến trúc mức thiết kế hệ thống số Tổng quan công nghệ thực hệ thống số Quy trình thiết kế vi điện tử Vai trò thiết kết vi điện tử sử dụng HDL Lưu đồ thiết kế vi điện tử dùng HDL Các phần mềm EDA hỗ trợ thiết kế logic dùng HDL www.ptit.edu.vn Thiết kế logic số Trang 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG • Hệ thống số trung tâm hệ thống điện tử • Mọi phát triển dựa vào công nghệ số • Trang bị kiến thức kỹ thiết kế hệ thống số quan trọng kỹ sư điện tử www.ptit.edu.vn Thiết kế logic số Trang 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG • Các phương thức tảng cho phát triển hệ thống số: – Phát triển sở rút gọn hàm logic, bảng trạng thái, máy trạng thái, dùng cấu kiện logic chuẩn chức cố định – Phát triển sở dùng hệ vi xử lý, vi điều khiển, xử lý tín hiệu số, thực ghép nối máy tính – Phát triển hệ thống số sở thiết kế logic số: • Sử dụng ngôn ngữ mô tả phần cứng HDL mô tả hệ thống số cần thiết kế • Thực tổng hợp thực chúng cấu kiện logic khả trình PLD • Hoặc chuyển sang mức thiết kế vật lý, layout thực vi mạch số VLSI www.ptit.edu.vn Thiết kế logic số Trang 10 Data Path Design (Thiết kế cấu trúc đường liệu) - Bộ ghi hàm chuyển đổi (Mô hình đường liệu Data Path) - Máy trạng thái (Xây dựng điều khiển theo Mô hình FSM) - Tập kết nối khối chức (Mô hình kết nối cấu trúc) - Kiến trúc tập lệnh điều khiển hoạt động của hệ thống www.ptit.edu.vn Thiết kế logic số Trang 38 Logic Design (Thiết kế mạch logic) – Tạo Gate Wirelist, Netlist – sử dụng cấu trúc logic bản, flip-flop để xây dựng ghi liệu, bus, khối logic mạch điều khiển khối – thu netlist gồm gate flip-flop Physical Design (Thiết kế mạch mức vật lý) – Tạo Transistor List, Layout – thay gate flip-flop transistor tương đương cell thư viện cấu trúc linh kiện phần mềm thiết kế – Bản thiết kế layout cho phép chuyển sang khâu sản xuất để chế tạo hệ thống số www.ptit.edu.vn Thiết kế logic số Trang 39 Quy trình thiết kế vi điện tử www.ptit.edu.vn Thiết kế logic số Trang 40 Quy trình thiết kế vi điện tử www.ptit.edu.vn Thiết kế logic số Trang 41 Vai trò thiết kế vi điện tử sử dụng HDL Mô tả yêu cầu chức mạch số Mô tả hàm Boolean Mô tả HDL Sơ đồ mạch nguyên lý (Schematic) Tổng hợp thành mạch số www.ptit.edu.vn Thiết kế logic số Trang 42 Mạch nguyên lý mạch FullAdder Mã VHDL mô tả cấu trúc, hoạt động mạch FullAdder ENTITY FullAdder IS PORT (Ai, Bi, Ci1: IN BIT; Si, Ci: OUT BIT); END FullAdder; ARCHITECTURE dataflow OF FullAdder IS BEGIN Si