Список условных обозначений, сокращений и терминов

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Московский государственный технический

университет

имени Н.Э. Баумана»

(МГТУ им. Н.Э. Баумана)

ФАКУЛЬТЕТ «ИНФОРМАТИКИ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ»

КАФЕДРА ИУ4 «ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭА»

РЕФРЕАТ

Демо комплекты проектирования узлов ВТ на базе ПЛИС фирмы Xilinx. Назначение, возможности, описание. Примеры применения.

по курсу: Системотехника ЭВС, комплексы и сети

Студент: Новиков П.В.

Группа: ИУ4-102

Проверил: Шпиев В.А.

Москва 2012

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ………..

3

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………….…………..

5

1 ОБЗОР ОТЛАДОЧНЫХ ПЛАТ ФИРМЫ XILINX ……………………….……………

9

1.1 Иерархическая классификация продукции фирмы XILINX….….……………

9

Обзор и сравнение отладочных плат фирмы Xilinx….…………….……………

10

2 ОПИСАНИЕ ОТЛАДОЧНОГО КОМПЛЕКТА SPARTAN-3 STARTER ………

16

2.1 Назначение и основные характеристики…………………………………………

16

2.2 Структура отладочного комплекта ………………………………………………

18

2.3 Краткая характеристика ПЛИС XC3S200………………………………………

22

2.4 Описание структуры тестового проекта…………………………………………

24

3 ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ ОТЛАДОЧНЫХ ПЛАТ…………………………………

25

3.1 Отладочная плата SK-LPC2478-S3E………………………………………………

25

3.2 Отладочная плата SK-M-XC3S50AN………………………………………………

26

3.3 Отладочная плата DIGILENT DL-BASYS………………………………………

27

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………………………

29

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ………………………………………

30

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ

АЦП

Аналогово-цифровой преобразователь

БИС

Большая интегральная схема

ОЗУ

Оперативное запоминающее устройство

ПЗУ

Постоянное Запоминающее Устройство

ПЛИС

Программируемые Логические Интегральные Схемы

ЦАП

Цифро-аналоговый преобразователь

ЦОС

цифровая обработка сигналов

AGP

(от англ. Accelerated Graphics Port) – ускоренный графический порт

ASIC

(от англ. application-specific integrated circuit) — специализированная для решения конкретной задачи интегральная схема (ИС). В отличие от ИС общего применения, заказные специализированные интегральные схемы применяются в конкретном устройстве и выполняют строго ограниченные функции, характерные только данному устройству.

CPLD

(от англ. complex programmable logic device) — сложные программируемые логические устройства

DVI

(от англ. Digital Visual Interface) – цифровой видеоинтерфейс

Ethernet

(от англ. ether «эфир») – пакетная технология передачи данных преимущественно локальных компьютерных сетей

FPGA

от англ. field-programmable gate array) – содержат блоки умножения

GRM

(от англ. General Routing Matrix).главная трассировочная матрица

JTAG

(англ. Joint Test Action Group) — специализированный аппаратный интерфейс, разработанный для тестирования цифровых процессоров (стандарт IEEE 1149.1). Из-за широкой функциональности JTAG стал повсеместно использоваться для отладки и программирования.

PCI

(от англ. Peripheral component interconnect, дословно — взаимосвязь периферийных компонентов) – шина ввода/вывода для подключения периферийных устройств к материнской плате компьютера.

PLD

(от англ. programmable logic device) — электронный компонент, используемый для создания цифровых интегральных схем

PS/2

разъем, применяемый для подключения клавиатуры и мыши

RS-232

(от англ. Recommended Standard 232) — в телекоммуникациях, стандарт последовательной асинхронной передачи двоичных данных между терминалом и коммуникационным устройством

SRAM

(от англ. static random access memory) – Статическая оперативная память с произвольным доступом

UART

(от англ. Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) – универсальный асинхронный приёмопередатчик

USB

(от англ. Universal Serial Bus) — универсальная последовательная шина

VGA

(от англ. Video Graphics Adapter) — стандарт мониторов и видеоадаптеров

VHDL

(от англ. VHSIC (Very high speed integrated circuits) Hardware Description Language) — язык описания аппаратуры интегральных схем.

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день существуют немного различных производителей микросхем, которые выпускают — ПЛИС, такие как Xilinx, Altera, Actel, и другие. У каждой фирмы свои названия выпускаемых устройств и свои собственные системы проектирования, которые позволяют проектировать весь спектр цифровых устройств типа FPGA/CPLD. Основные отличия производителей устройств ПЛИС друг от друга заключается в архитектуре построения внутренних программируемых комбинационных схем, способом загрузки программирования ПЛИС, емкостью логических элементов, числом эквивалентных вентилей, технологии изготовления кристаллов, различные типы корпусов ПЛИС и т. д.

Электроника в современной жизни так быстро развивается и усложняется, что без ПЛИС просто не обойтись.

Программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС) — электронный компонент, используемый для создания цифровых интегральных схем. В отличие от обычных цифровых микросхем, логика работы ПЛИС не определяется при изготовлении, а задается посредством программирования (проектирования).

Для программирования используются отладочные среды, позволяющие задать желаемую структуру цифрового устройства в виде принципиальной электрической схемы или программы на специальных языках Verilog, VHDL. Альтернативой ПЛИС являются заказные БИС, которые существенно дороже, и компьютеры (микроконтроллеры), которые из-за программного способа реализации алгоритмов медленнее ПЛИС.

Некоторые производители ПЛИС предлагают процессоры для своих ПЛИС, которые могут быть модифицированы под конкретную задачу, и затем встроены в ПЛИС, тем самым уменьшив место на печатной плате и упростив разработку для самой ПЛИС.

ПЛИСы широко используются для построения различных по сложности и возможностям цифровых устройств. Это приложения, где необходимо большое количество портов ввода-вывода (бывают ПЛИС с более чем 1000 выводов («пинов»)), ЦОС, цифровая видео-аудио аппаратура, высокоскоростная передача данных, криптография, проектирование ASIC , в качестве мостов (коммутаторов) между системами с различной логикой и напряжением питания, реализация нейрочипов.

Основные современные типы ПЛИС:

CPLD содержат относительно крупные программируемые логические блоки — макроячейки (англ. macrocells), соединённые с внешними выводами и внутренними шинами. Функциональность CPLD кодируется в энергонезависимой памяти, поэтому нет необходимости их перепрограммировать при включении.

FPGA содержат блоки умножения — суммирования, которые широко применяются при обработке сигналов, а также логические элементы (как правило на базе таблиц перекодировки (таблиц истинности)) и их блоки коммутации. FPGA обычно используются для обработки сигналов, имеют больше логических элементов и более гибкую архитектуру, чем CPLD. Программа для FPGA хранится в распределённой памяти, которая может быть выполнена как на основе энергозависимых ячеек статического ОЗУ (подобные микросхемы производят, например, фирмы Xilinx и Altera) — в этом случае программа не сохраняется при исчезновении электропитания микросхемы, так и на основе энергонезависимых ячеек Flash-памяти или перемычек antifuse (такие микросхемы производит фирма Actel) — в этих случаях программа сохраняется при исчезновении электропитания. Если программа хранится в энергозависимой памяти, то при каждом включении питания микросхемы необходимо заново конфигурировать ее при помощи начального загрузчика, который может быть встроен и в саму FPGA. Альтернативой ПЛИС FPGA являются более медленные цифровые процессоры обработки сигналов. На рисунке 1 представлена блок схема архитектуры ПЛИС FPGA.

Рисунок 1 – Блок схема архитектуры ПЛИС FPGA[1]

Достаточно много компаний в мире занято производством цифровых устройств на основе ПЛИС и использованием их в своих системах. В данном разделе перечисляются и кратко описываются основные производители современных вычислительных систем на основе ПЛИС и комплектующих к ним.

Таблица В.1 – Основные производители современных ПЛИС-компьютеров и комплектующих к ним [2]

Иностранные

Xilinx, Altera, Lattice Semiconductor, Actel, Atmel, Nallatech, Mitrionics, Alpha Data, QuickLogic, Achronix Semiconductor, MathStar, Rapid Prototypes, National Instruments, Sun Microsystems, SGI, Cray, MNB Technologies, CPU Tech, Exegy, Celoxica, XtremeData, Plurality

Российские

НИИ МВС, ФГУП «НИИ КВАНТ», Инлайн Груп, Эфо, ИТМИВТ, Высокотехнологичные системы, НПП «Цифровые решения», DeverSYS

Xilinx производит микросхемы ПЛИС семейства FPGA:

Spartan-6;

Extended Spartan-3A;

Spartan-3A DSP;

Spartan-3AN;

Spartan-3A;

Spartan-3E;

Spartan-3;

Virtex-6;

Virtex-5;

Virtex-5Q;

Virtex-5QV;

Virtex-4;

Virtex-4Q;

Virtex-4QV;

Virtex-II Pro;

Virtex-II;

Virtex-E EM;

Virtex-E;

Virtex;

Xilinx также выпускает микросхемы ПЛИС семейства CPLD:

CoolRunner-II;

CoolRunner XPLA3;

XC9500;

XC9500XL;

XC9500XV.

Таблица В.2 – сравнительные характеристики основных ПЛИС из разряда FPGA фирмы Xilinx — Spartan и Virtex [3]

Свойство

Virtex-6

Virtex5

Spartan-6

Ext Spartan-3A

Вентелей

до 760 000

до 330 000

до 150 000

до 53 000

Пользовательские I/O

до 1200

до 1200

до 576

до 519

Стандартные I/O

больше 40

больше 40

больше 40

больше 20

Технология синхронизации

PLL

DCM+PLL

DCM+PLL

DCM

Встроенная RAM

до 38 Mbits

до 18 Mbits

до 4.8 Mbits

до 1.8 Mbits

PCI Express® Technology

Gen 1, x8, hard; Gen 2, x8, hard

Gen 1, x8, hard; Gen 2, x8, hard

Gen 1, x1, hard

нет



Страницы: Первая | 1 | 2 | 3 | ... | Вперед → | Последняя | Весь текст