LU-DIP-M11:index

Digitālā projektēšana [M]

LU Maģistratūras kurss.

Mērķi

• Iepazīties ar digitālās projektēšanas plūsmu un procesiem
• Praktizēties digitālu ciparu iekārtu izstrādē uz FPGA, sākot ar vienkāršām loģiskām iekārtām līdz pat sarežģītām, piemeram konvejiera procesoram vai grafiskam kontrolierim.

Komunikācija

Diskusijām un projekta realizācijai izveidota DIP-m11 Google grupa

Mājas un citi iesniedzamie darbi

• Darbi iesniedzami elektroniski, pa epastu pasniedzējam.
• E-pasta Subj. ir sekojošs: "DIP MD1 Vards Uzvards" - piemērs pirmajam mājasdarbam. Vārds uzvārds rakstāmi latīņu burtiem - bez garumzīmēm un tml. (failu sistēmu saderībai).
• Teksts noformējams PDF faila formātā. Piemēram MD2 fails būtu sekojošs: DIP_MD2_Vards_Uzvards.pdf
• Iesniedzamie projektu faili arhivējami tgz formātā, sekojoši: DIP_MD2_Vards_Uzvards.tgz Atspiežot šo failu tam jārada direktorija ar tādu pašu nosaukumu, kur atrodas visi faili. Ņemiet vērā ka izpildāmos failus sūtīt nevar - gmail neņem tos pretī, un vērtēšanai parasti pietiek ar dizaina failiem, piem. programmu tekstiem un Makefile ja tāds ir.

Kalendārs

Datums, nedēļa	Kursa saturs / prezentācijas	Praktiskie darbi un uzdevumi
10.02.2011.	Ievads digitālajā projektēšanā. izstrādes soļi. Dažādi testēšanas un simulēšanas līmeņi. Salīdzinājums ar programmatūras izstrādi.	Praktiskais darbs PD1.
17.02.2011.	Loģiskie elementi un shēmas. Loģikas izteiksmes un patiesību tabulas. Karno kartes. Loģiskās shēmas ģenerēšana no izteiksmes vai tabulas. Triggeri.
24.02.2011.	Citi loģiskie elementi. Multipleksori, dešifratori u.c. Hierarhiska loģisko elementu projektēšana. Reģistra faila piemērs. Loģisko primitīvu uzbūve. lauka tranzistors un CMOS tehnoloģija. NOT, NOR un NAND elementi ar tranzistoriem.	Uzdots MD1: uzzīmēt divu ieeju XOR implementāciju ar: 1. loģiskiem elementiem; 2. ar loģiskiem elementiem bet nekrustojot vadus; 3. ar lauka tranzistoriem.
03.03.2011.	Elektronisko čipu izstrāde un izmaksas. Tīrās istabas, derīgo čipu proporcija "yield" un faktori kas to ietekmē. Čipu maskas un to izmaksas. Čipu attēli, "Digital zoo". HDL - aparatūras apraksta valodas. Ievads Verilog.	Uzdots MD2: Projektēt summatoru diviem 4-bitu skaitļiem. Iesniegt risinājumu un novērtējumu ātrdarbībai, kas mērīts aizturēs. Noformēt risinājumu kā pdf failu. Termiņš MD1.
10.03.2011.	Atskats MD risinājumos. Bitu saskaitīšana. pus-saskaitītājs un pilnais saskaitītājs (half-adder, full-adder). Saskaitīšanas arhitektūras un paātrināšana. Ripple carry, carry-lookahead, carry-select un tabulas metodes.	Termiņš MD2, iesniegt elektroniski līdz 10:00.
17.03.2011.	Digitāla signāla aizture. Pulkstenis, takts frekvences ģenerators. Digitāli kontrolējami oscilatori (DCO), to kalibrācija un pielietojums mikrokontrolieros. Takts nobīde (clock skew). Pulksteņa sadalījums digitālās ierīcēs, H-koki.	Termiņš PD1-1b, līdz 14:00.
24.03.2011.		Termiņš MD3. Kursa projekta pieteikums, uz vienas lapas PDF formātā. Ko projektēt, un kāpēc. Termiņš PD2, līdz 14:00.
31.03.2011.		Termiņš PD3, līdz 14:00.
07.04.2011.
14.04.2011.
21.04.2011.
28.04.2011.
05.05.2011.
12.05.2011.
19.05.2011.
26.05.2011.
xx.06.2011.	Projekta pabeigšana un gatavošanās eksāmenam.

Praktiskie darbi

PD1

Izveidot shēmu kas

• izspīdina divu slēdžu xor funkciju, uz viena LED
• mirkšķina otru LED aptuveni divas reizes sekundē.
• ar slēdzi aptur otrā LED mirgošanu.

Nokompilēt shēmu uz Xilinx iekārtu un uzlādēt uz Spartan 3E iekārtas. Demonstrēt rezultātus un pirmkodu projektam.

PD1b

Izpildīt PD1 ar Verilog valodas palīdzību shēmas vietā.

PD2

Izstrādāt iekārtu kas izspīdina pievienotas klaviatūras SCAN koda pēdējo baitu uz 8 LED-iem.

PD3

Izstrādāt iekārtu kas izvada uz monitora 8x8 rūtiņu šaha laukumu.

Saites

• Xilinx kompānijas (FPGA ražotājs) portāls

Digital design textbooks @ Digilent Inc.

• Introduction to Digital Design - Verilog Edition PDF 5.81MB
• Introduction to Digital Design - VHDL Edition PDF 6.68MB
• Real Digital - A hands-on approach to digital design
  • Module 1: Introduction to Electronic Circuits PDF 465.54KB
  • Module 2: Introduction to Digilent's Digital Design Circuit Boards PDF 65.94KB
  • Module 3: Circuit Structure with an Introduction to CAD Tools PDF 247.60KB
  • Module 4: Logic Minimization PDF 353.07KB
  • Module 5: Introduction to VHDL PDF 197.37KB
  • Module 6: Combinational Circuit Blocks PDF 244.46KB
  • Module 7: Combinational Arithmetic Circuits PDF 361.00KB
  • Module 8: Signal Propagation Delays PDF 126.77KB
  • Module 9: Basic Memory Circuits PDF 232.41KB
  • Module 10: The Structural Design of Sequential Circuits PDF 245.58KB

Xilinx ISE WebPACK 12.2

• Installer for Linux TAR/GZ 3.02GB (nepieciešams reģistrēties www.xilinx.com)

• Installer for Windows TAR/GZ 2.96GB (nepieciešams reģistrēties www.xilinx.com)

• ISE Design Suite 12: Installation, Licensing, and Release Notes PDF 1.44MB

• Xilinx ISE WebPACK 12.2 on Ubuntu 10.04 LTS

• Xilinx JTAG tools on Linux without proprietary kernel modules

• ISE In-Depth Tutorial PDF 5.04MB

• ISE Design Suite: Logic Edition – A Quick Tour WMV 47.50MB

• ISim User Guide PDF 1.96MB

• How to Use the ISE Simulator (ISim) WMV 40.90MB

Xilinx Spartan-3E

• Xilinx Spartan-3E FPGA Starter Kit Board User Guide PDF 7.34MB
• Spartan-3E Libraries Guide for Schematic Designs PDF 9.19MB
• Spartan-3E Libraries Guide for HDL Designs PDF 3.94MB

Video applications using FPGA

• FPGA Pong by Steve Chamberlin
• Pong Game by Jean P. Nicolle

HDL tutorials

• Verilog Tutorial I (10 pages) PDF 69.58KB
• Verilog Tutorial II (227 pages) PDF 876.25KB
• VHDL Tutorial I (15 pages)
• VHDL Tutorial II (84 pages) PDF 391.95KB

Citi kursi un saites

• Papildus informācija un resursi iepriekšējo gadu kursu portālos: 2010-B, 2009-B, 2008-B
• Hades demonstration applets