Курсовая работа: Разработка двоичного сумматора по модулю 13

1.3.1 Decomposer

Бурное развитие современной интегральной микросхемотехники, особенно программируемых логических интегральных схем (ПЛИС), привело к тому, что алгебраическая методология логического проектирования перестала поспевать за технологическим прогрессом. Изменчивость базиса требует разработки всё новых алгебраических методов. В то же время привязка к конкретному логическому базису сильно ограничивает возможности использования формальных методов синтеза. Кроме того, в качестве конфигурируемых логических блоков (КЛБ) современных ПЛИС типа FPGA (FieldProgrammableGateArrays) используются логические модули на основе мультиплексоров или программируемых ПЗУ (LUT – Look-UpTables). В этом случае при проектировании КЛС возникает задача разделения сложной схемы на более простые части, которые могут быть реализованы на указанных типах КЛБ.

Разработанный в Калужском филиале МГТУ им. Н.Э. Баумана программный пакет Decomposerпредназначен для решения задач автоматизированного логического синтеза цифровых схем с использованием методов многоуровневой декомпозиции и их реализации на микросхемах программируемой логики.

Возможности САПР:

- проведение параллельной и последовательной декомпозиции;

- детализация схемы до уровня двухвходовых блоков;

- анализ декомпозированной схемы.

Кроме того, пакет Decomposer позволяет получить описание синтезированной схемы на языке VHDL, что даёт возможность интегрироваться в специализированные пакеты программ (например, WebPACK) с целью получения файлов для «прошивки» микросхем программируемой логики и практической реализации спроектированных цифровых устройств.

Основные свойства VHDL:

Одно из главных свойств - это способность описывать аппаратуру и ее работу во времени. Поэтому основными в VHDL являются такие близкие разработчику понятия, как объект проекта, интерфейс, порт, архитектура, сигнал, атрибуты сигнала, операторы параллельного присвоения, процесс и др.

Сигнал в VHDL трактуется весьма широко и может быть скалярным (целым, вещественным, битовым и т. д.) или векторным (шинным), булевым или многозначным. Многозначная (реально 5-, 9- или 12-значная) логика дает возможность выявлять с помощью моделирования такие явления в схемах, как гонки, неопределенности на выходах схем (например, асинхронного RS-триггера при запрещенных значениях входных сигналов), решать задачи мультиплексирования шины.

1.3.2 Пакет WebPACK ISE

Программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) все более широко используются для создания цифровых систем различного назначения. Фирма Xilinx®, являясь ведущим мировым производителем ПЛИС, предоставляет разработчикам широкий спектр кристаллов с различной технологией производства, степенью интеграции, архитектурой, быстродействием, потребляемой мощностью и напряжением питания, выпускаемых в различных типах корпусов и в нескольких вариантах исполнения, включая промышленное, военное и радиационно-стойкое [1–5].

Кристаллы, выпускаемые фирмой Xilinx, в полной мере реализуют преимущества ПЛИС по сравнению с «жесткой логикой»:

· высокое быстродействие;

· возможность перепрограммирования непосредственно в системе;

· высокая степень интеграции, позволяющая разместить цифровое устройство в одном кристалле и тем самым снизить время и затраты на трассировку и производство печатных плат;

· сокращение времени цикла разработки и производства устройства;

· наличие мощных инструментов САПР, позволяющих устранить возможные ошибки в процессе проектирования устройства;

· сравнительно низкая стоимость (в пересчете на один логический вентиль);

· возможность последующей реализации проектов ПЛИС для серийного производства в виде заказных СБИС, что позволяет значительно снизить их себестоимость.

До недавнего времени, несмотря на все достоинства ПЛИС Xilinx, существовало обстоятельство сдерживающее их применение (особенно недорогих кристаллов при разработке несерийных устройств) — необходимость дополнительных затрат на приобретение пакета программных средств проектирования и программирования. Чтобы устранить это препятствие, фирма Xilinx предоставила разработчикам возможность использовать бесплатное программное обеспечение — пакет WebPACK™ ISE™ (Integrated Synthesis Environment). Цель настоящей публикации — познакомить разработчиков цифровых устройств с возможностями САПР WebPACK ISE и основами методики выполнения проектов в среде данного пакета.

1.3.2.1 Основные характеристики пакета WebPACK ISE

Программные средства WebPACK ISE представляют собой систему сквозного проектирования, которая реализует все этапы создания цифрового устройства на базе ПЛИС, включая программирование кристалла: разработка проекта, синтез, моделирование, трассировка и загрузка в кристалл. Версия 3.3WP8.0 САПР WebPACK ISE предназначена для проектирования цифровых устройств на базе ПЛИС производства Xilinx, относящихся как семействам CPLD: XC9500, XC9500XL, XC9500XV, XCR22V10, XCR3000 (XPLA1_3, XPLA2), XCR3000XL (XPLA3), XCR5000 (XPLA1_5), так и FPGA: Spartan™-II, Virtex™-E (только кристалл XCV300E), Virtex-II (кристаллы 2V40, 2V80 и 2V250).

Отличительные особенности пакета:

· поддержка различных методов описания проектируемых устройств (графических и текстовых);

· возможность использования проектов, подготовленных в других системах проектирования, в том числе в среде пакета Altera MAX+PlusII™;

· наличие схемотехнического редактора, укомплектованного набором обширных библиотек;

· интеллектуальные средства создания HDL (Hardware Description Language)-описаний, формирующие шаблоны на основании информации, предоставляемой пользователем, для языков описания аппаратуры VHDL, Verilog™ и ABEL™ HDL;

· высокоэффективные средства синтеза HDL-проектов, поддерживающие языки VHDL, Verilog и ABEL HDL, с возможностью оптимизации;

· развитые средства верификации проекта, позволяющие сократить полное время разработки устройства за счет обнаружения возможных ошибок на более ранних стадиях проектирования и сокращения длительности и количества возможных итераций;