LU-DIP-m15

From DiLab

Jump to: navigation, search

Digitālā projektēšana [M] (DIP)

LU DF maģistru un doktorantu studiju kurss DatZ7014, meklēt eStudijās.


Par kursu

Kursa mērķi ir iepazīstināt ar digitālo iekārtu projektēšanas aspektiem, darba plūsmu, problēmām un risinājumiem. Kursa ietvaros tiek apskatīti digitālu iekārtu un datoru arhitektūras pamata un arī sarežģītākas pakāpes elementi. Kursā studenti izstrādā praktiskos darbus un kursa projektu, kura rezultāts ir digitāla iekarta, piemēram procesors, mini dators, grafikas kontrolieris, kalkulators, paralēlas attēlu apstrādes iekārta un citas iekārtas.

Kursa sākumā jāpiesakās attiecīgajai google-grupai, lai varētu sekot kursa aktualitātēm un piedalīties (neklātienes) diskusijās.

Administratīvā informācija

  • Pasniedzējs: Leo Seļāvo (epasts: vards.uzvards @ gmail.com)
  • Vēstkopa komunikācijai par kursa aktualitātēm, uzdevumiem, termiņiem un problēmām:


Praktisko un mājas darbu iesniegšana izpildāma noteiktajos datumos un laikos elektroniski.

  • Iesniegšanas termiņa laiks ir 30 minūtes pirms lekcijas sākuma.
  • e-pasta Subj. jānorāda sekojošā formā "DIP MD1 Vards Uzvards" - piemērs MD1 iesniegumam.
  • Iesniegto failu vārdam arī jābūt līdzīga formātā, bet ar svītru tukšumu vietā, piemēram: "DIP_MD1_Vards_Uzvards.pdf"
  • Ja iesniedzami vairāki faili, piemēram, programmas pirmkods, tad tie iepriekš arhivējami kā *.zip arhīvs ar tādu pat faila vārdu kā aprakstīts iepriekš: "DIP_MD1_Vards_Uzvards.zip".
  • Ja darbs tiek iesniegts ar novēlošanos, rezultāts tiek samazināts par:
    • 50% pirmo septiņu dienu laikā pēc termiņa, un
    • 50% plus 10% par katru nokavēto dienu septiņas vai vairāk dienas pēc termiņa.

Kalendārs

Datums, nedēļa Kursa saturs Uzdevumi un piezīmes

12.02.2015.

Digitālas iekārtas vispārējā arhitektūra un uzbūve. Digitālā projektēšana, ievads, darba plūsma. Map, place, route. "Timing back annotation".

19.02.2015.

Digitālo iekārtu pamatelementi, tranzistors, invertors, NAND un NOR elementi no tranzistoriem, to loģiskā uzbūve un īpašības. Loģiskie elementi, minimālā kopa. Pāreja no loģiskajām izteiksmēm un tabulām uz realizāciju ar loģiskajiem elementiem. Kombinētie loģiskie elementi. Dešifrators, multipleksors, frekvences dalītājs un citi elementi. Atmiņas elementi, RS un D trigeris.

Pasludināts praktiskais darbs PD1.

26.02.2015.

Reģistri un uz tiem bāzētas iekārtas. Bīdes reģistri. Skaitītāji. RS un D trigeri. Uzstādīšanas un noturēšanas laiku ierobežojumi.

Galīgie automāti un to pielietojumi un realizācija digitālajās iekārtās. Diagrammas, tabulas attēlojums. Realizācija uz loģiskajām izteiksmēm un shēmas elementiem. Pielietojumi.

05.03.2015.

Procesora arhitektūra. Daudz-takšu un konveijera principi. Instrukciju dešifratora un skaitītāja reģistri. Reģistru fails. Aritmētiski loģiskā iekārta (ALU). Atmiņas saskarne. Instrukciju un datu kešatmiņa.

Mājas darba MD1 termiņš.

12.03.2015.

Aparatūru aprakstošas valodas (HDL), Verilog. Valodas elementi simulācijai un sintēzei. Uzvedības un struktūras apraksts. Moduļi. Datu tipi, signāli un reģistri.

Pasludināts praktiskais darbs PD2.

19.03.2015.

Programmējamās loģiskas iekārtas, CPLD un FPGA. FPGA uzbūve. Konfigurējami loģiskie elementi. Ievada un izvada elementi. Komunikācija, maģistrāles.

Laika sinhronizācija. Takts ģenerators. Takts signālu nobīde un sadalījuma shēmas. H-koka sadalījums. Digitāli kontrolējami pulksteņi. PLL (phase lock loop). Enerģijas patēriņš, ārējā un čipa iekšējā takts frekvence un takts sadalījuma shēmas.

26.03.2015.

Diskusija par kursa projektu - video kontrolieris ar OpenGL atbalstu.

Praktiskais darbs #PD3 - kalkulators.

30.03.2015. - 06.04.2015.

Lieldienu brīvdienas

09.04.2015.

Procesora instrukciju arhitektūra. Instrukciju tipi un kodēšana. Operandi. RISC un CISC arhitektūras. DLX procesora instrukciju arhitektūra. Salīdzinoši piemēri no ARM instrukciju kopas.

Mājas darba MD2 termiņš.

16.04.2015.

Virtuāla lekcija (klasē nenotiek).

Patstāvīgais darbs pie projekta.

23.04.2015.

Digitālas projektēšanas metrikas. Funkcionalitāte. Izmaksas, fiksētās un mainīgās. Uzticamība, izturība. Trokšņu noturība un imunitāte. Veiktspēja. Ātrums un enerģijas patēriņš. Projektēšanas laiks.

30.04.2015.

Projekts - OpenGL kontrolieris

07.05.2015.

Projekts - OpenGL kontrolieris

14.05.2015.

Operatīvā atmiņa, statiskā un dinamiskā. Atmiņas matricas un uzbūve. Kešatmiņas. Saskarnes starp atmiņu un citām iekārtām.

21.05.2015.

Kopsavilkums

28.05.2015.

Izvēlētās papildus tēmas

15.06.2015.

14:30 Eksāmens - projektu demonstrācijas un plakāti.

(Pirmdiena!)

PD - Praktiskie darbi

Praktiskie darbi.

PD1

LED un slēdži

Mērķi:

  • apgūt darba plūsmu ar FPGA shēmas ievadu, kompilāciju un dizaina augžuplādēšanu uz FPGA iekārtas.
  • lietot FPGA ievada un izvada portus (pinus).
  • lietot elementāras loģikas elementus shēmā.

Izveidot digitālu iekārtu, kas izmanto ievada elementus (slēdžus) un izvada elementus (LED).

  • Shēmas ievads
  • Kompilācija
  • Uzlādēšana uz reālas FPGA iekārtas
  • Pārbaude

Iekārtai jāveic sekojošas darbības:

  • SW1 slēdzis ieslēdz un izslēdz LED1 spīddiodi.
  • SW2 un SW3 slēdži veido ievaddatus XOR elementam, kura rezultats tiek izvadīts uz LED2.
  • Spīddiode LED3, kas ieslēdzas un izslēdzas reizi sekundē. SW4 to var apstādināt un iedarbināt.

Praktiskajā darbā izstrādātā iekārta jādemonstrē uz Spartan 3E FPGA iekārtas.

PD2

Šaha laukums

Mērķi:

  • iepazīties ar VGA signālu protokolu
  • izpildīt iekartas dizainu Verilog valodā

Izveidot iekārtu, kas uz monitora ekrāna attēlo 8x8 šaha lauciņu. Darba gaita iepazīties ar video signāla formu un laika parametriem. Darbu atļauts izpildīt daļēji vai pilnīgi Verilog valodā.

Praktiskajā darbā izstrādātā iekārta jādemonstrē uz Spartan 3E FPGA iekārtas, kam pieslēgts monitors.

PD3

Kalkulators

Mērķi:

  • iepazīties ar PS/2 (klaviatūras) protokolu
  • Izstrādāt stāvokļu mašīnu - galīgo automātu kalkulatora darbībai

Izveidot digitālu iekārtu, kas darbojas kā kalkulators ar skaitļiem heksadecimālajā sistēmā un var izpildīt saskaitīšanas un atņemšanas operācijas.

Skaitļu ievads ir no klaviatūras, kas pieslēdta ar PS/2 portu.

Skaitļu izvads ir uz LCD ekrāna.

MD - Mājas darbi

Mājas darbi.

MD1

Novērtēt Spartan 3E attīstītājrīka un FPGA iespējas. Atbildēt uz jautājumu: vai iespējams uz Spartan 3E realizēt datoru, kas varētu darbināt Linux klases operētājsistēmu? Atbildi pamatot, izvērtējot nepieciešamos un pieejamos resursus gan FPGA, gan perifērijas iekārtu kontekstā.

MD2

Uzzīmēt un aprakstīt video kontroliera shēmu, kas atbalsta minimālu OpenGL vai līdzīgu instrukciju kopu. Instrukcijas tiek nodotas no datora pa seriālo portu. Instrukcijas jāatkodē un jāizpilda, izmainot lokālu video buferi. No bufera attēls jāizvada uz iebūvēto VGA portu attēla izvadei.

Informācijas resursi

Literatūra


Digital design textbooks @ Digilent Inc.

Saites

Xilinx produkti (FPGA čipi)

Xilinx attīstītajrīki

DiLab ir pieejami sekojoši Xilinx (Digilent) attīstītajrīki:


Xilinx ISE WebPACK (14.7)

Papildus:

Xilinx ISE WebPACK (12.2)

Video applications using FPGA

HDL tutorials

IP cores priekš FPGA


Ieteikumi prezentāciju veidošanā

Atsauksmes par kursu


Citi kursi un saites

Domu graudi

FPGA pielietojumi

Personal tools