Układy programowalne i VHDL

Znajomość techniki cyfrowej, elektrotechniki i teorii obwodów

- godziny realizowane z udziałem nauczycieli: 75 h

- czas wymagany do przygotowania się do wykładu: 10 h

- czas wymagany do przygotowania się do ćwiczeń: 20 h

- czas wymagany do przygotowania się do laboratorium: 20 h

- czas wymagany do przygotowania się i uczestnictwa w procesie oceniania: 15 h

- czas wymagany do przygotowania się do egzaminu: 10 h

Łącznie: 150 h (5 ECTS)

W1 - ma uporządkowaną wiedzę w zakresie metodyki i technik programowania układów programowalnych w szczególności w zakresie znajomości języka VHDL oraz w zakresie architektury i oprogramowania systemów zawierających układy SPLD, CPLD, FPGA oraz CSoC, K_W06,

W2 - ma uporządkowaną i podbudowaną teoretycznie wiedzę w zakresie zasad działania programowalnych elementów elektronicznych realizowanych w technologii CMOS, a w szczególności w zakresie ich projektowania, implementacji oraz symulacji logicznej i czasowej, K_W08,

W3 - ma wiedzę z zakresu projektowania i implementacji układów kombinacyjnych i sekwencyjnych w strukturach programowalnych CPLD i FPGA, K_W04.

U1 - potrafi stosować podstawowe pakiety oprogramowania użytkowego przeznaczone dla układów programowalnych do ich konfiguracji oraz budowy interfejsu użytkownika K_U02, K_U01,

U2 - potrafi wykorzystać wiedzę z zakresu układów programowalnych do projektowania i implementacji prostych maszyn o skończonej liczbie stanów, K_U02, K_U01, K_U07.

U3 - potrafi wykorzystać poznane metody i modele matematyczne, a także symulacje komputerowe do analizy i oceny działania cyfrowych układów automatyki i robotyki K_U07.

K1 - zna ograniczenia własnej wiedzy i rozumie potrzebę dalszego kształcenia K_K01,

K2 - potrafi precyzyjnie formułować pytania służące pogłębieniu zrozumienia danego tematu K_K02.

- wykład informacyjny (konwencjonalny)

- ćwiczeniowa
- laboratoryjna

Celem zajęć z Układów programowalnych jest:

1) Przekazanie podstawowej wiedzy z zakresu:

- podstawowych technologii wykorzystywanych w programowaniu układów,

- struktur układów programowalnych,

- wykorzystania języków opisu sprzętu w projektowaniu, ze szczególnym uwzględnieniem języka VHDL,

- syntezy obwodów implementowanych w strukturach programowalnych,

- konstrukcji podstawowych platform projektowych wykorzystywanych w procesie projektowania układów,

- metod projektowania.

2) Wykształcenie umiejętności posługiwania się podstawowymi pojęciami i terminologią z zakresu układów programowalnych oraz znajomości podstawowych typów układów i możliwości ich wykorzystania w systemach elektronicznych i w automatyce.

Program zajęć

1. Wstęp - rodzaje i typy układów cyfrowych.

2. Parametry układów cyfrowych.

3. Proste układy programowalne PAL, GAL i PLA.

4. Struktura układów PLD oraz CPLD.

5. Struktura układów FPGA.

6. Języki opisu sprzętu: VHDL,

6.1. Opis i implementacja układów kombinacyjnych,

6.2. Opis i implementacja układów sekwencyjnych,

7. Systemy CAD w zastosowaniu do układów programowalnych.

7.1. Edytory języka VHDL.

7.2. Edytory schematów.

7.3. Symulatory.

7.4. Kompilatory.

8. Programowanie układów programowalnych.

9. Projektowanie układów programowalnych.

9.1. Projektowanie strukturalne.

9.2. Projektowanie funkcjonalne.

9.3. Projektowanie na poziomie przesłań między-rejestrowych (RTL).

Ćwiczenia:

1. Typy i obiekty danych w VHDL (różnice w stosunku do typowych języków programowania, przykłady).

2. Operatory i atrybuty.

3. Współbieżność w VHDL i współbieżne instrukcje.

4. Instrukcje sekwencyjne.

5. Sygnały i zmienne.

6. Maszyny stanów skończonych.

7. Pakiety i komponenty.

8. Funkcje i procedury.

9. Konfiguracja komponentów.

Laboratorium

1. Implementacja bloków kombinacyjnych (multipleksery, sumator, półsumator, subtraktor).

2. Wykorzystanie bloków wbudowanych DSP do realizacji operacji arytmetycznych.

3. Operatory relacji (komparatory).

4. Opis bloków funkcjonalnych w ścieżce danych (przerzutnik RS, pamięć).

5. Opis bloków funkcjonalnych w postaci procesów (przerzutniki D, T, JK, JK-MS, liczniki, konstrukcje with-select i if-then-else).

6. Wykorzystanie bloków pamięciowych RAMB w układach FPGA.

7. Projekt i implementacja liczników synchronicznych i asynchronicznych w strukturze układu programowalnego FPGA (mapowanie komponentów - konstrukcje port map oraz generic map)

8. Implementacja odbiornika PS2 w strukturze układu programowalnego.

9. Projekt i implementacja nadajnika transmisji szeregowej w strukturze układu programowalnego FPGA

10. Projekt modulatora PWM w strukturze FPGA Srartan3E.

11. Implementacja obsługi enkodera na płycie prototypowej z układem Spartan3E.

1. J. Bhasker, VHDL Primer, A (Prentice Hall, 1998).

2. D. Van Den Bout, Xilinx Student Edition, Version 1.5 (Prentice Hall, 1999).

3. K. Sharma, Programmable Logic Handbook: PLDs, CPLDs and FPGAs (McGraw Hill, 1998).

4. Rushton, VHDL for Logic Synthesis (John Wiley & Son Ltd, 1998).

5. Cohen, VHDL Coding Styles and Methodologies (Kluwer Academic Publishers, 1999).

6. S. D. Brown, Z. G. Vranesic, Fundamentals of Digital Logic with VHDL Design (McGraw Hill College Div., 1999).

7. K. C. Chang, Digital Systems Design with VHDL and Synthesis (IEEE Computer Society, 1999).

8. W. Wrona, VHDL język opisu i projektowania układów cyfrowych (WPKJS, 1998).

9. T. Łuba, K. Jasiński, B. Zbierzchowski, Specjalizowane układy cyfrowe w strukturach PLD i FPGA (WKŁ, 1997).

10. J. Kalisz, Język VHDL w praktyce, (WKŁ, 2002).

11. M. Zwoliński, Projektowanie układów cyfrowych z wykorzystaniem języka VHDL, (WKŁ, 2002)

Zaliczenie ćwiczeń odbywa się na podstawie aktywności na zajęciach oraz pozytywnej oceny z kolokwiów zaliczeniowych.

Zaliczenie przedmiotu odbywa się na podstawie pozytywnej oceny z ćwiczeń laboratoryjnych oraz wyniku egzaminu pisemnego. K_U02, K_U01, K_U07.

Wykład: egzamin pisemny zawierający pytania dotyczące układów programowalnych i proste testy z języka VHDL K_W04, K_W06, K_W08.

ndst - <50%

dst- 50% ÷ 60%

dst plus- 60% ÷ 70%

db- 70% ÷ 80%

db plus- 80% ÷ 90%

bdb- > 90%