طراحی خودکار مدارهای دیجیتال

طراحی خودکار مدارهای دیجیتال

اسلاید 1: طراحی خودکار مدارهای دیجیتالترم بهار 85-84دانشگاه کاشانبه نام خدا

اسلاید 2: عناوین کلی درستعاريف اساسي انواع سخت افزارهاي برنامه پذير زبان توصيف سخت افزار VHDL ابزار طراحي خودکار MAX+Plus II

اسلاید 3: مراجع1- حسین صباغیان بیدگلی، ”طراحی خودکار مدارهای دیجیتال“ ، جنگل (اصلی)2-سوداکار یالامانچی،”VHDL مقدماتی از شبیه سازی تا سنتز“، نص3- علیرضا فتاح ، ”طراحی سیستمهای دیجیتالی با استفاده از VHDL”، نوپردازان4- فرزان گیتی ، ”آموزش VHDL“ ، دیباگرانNavabi Z., VHDL Analysis and Modeling of Digital Systems, New York:Prentice Hall, 1997John F. Wakerly, “Digital Design Principle & Practices” , Prentice Hall, 3rd Edition,2005Volnei A. Pedroni, “Circuit Design with VHDL”, Prentice Hall of India(MIT press), 2005

اسلاید 4: فهرست فصل هافصل اول: مقدمه و تعاريف اساسي فصل دوم : سخت افزارهاي برنامه پذير (PROM, PLA, PAL, GAL, SPLD) فصل سوم : سخت افزارهاي برنامه پذير (MPGA , FPGA) فصل چهارم : زبان توصيف سخت افزار VHDL فصل پنجم : مجموعه مثال های کاربردی از VHDL فصل ششم : نرم افزار MAX+PLUS II فصل هفتم : آزمایشگاه طراحی خودکار

اسلاید 5: فصل اول : تعاريف اساسيمقدمهتعریف طراحي خودكار زبانهای توصيف سخت افزارساخت نمونه اوليه روش هاي مختلف توليدابزار CADمدل سازی سخت افزارسطوح انتزاع – حوزه نگرش - نمودار Yبهینه سازی – شبیه سازی – سنتزمراحل طراحی بکمک کامپیوترسخت افزار های برنامه پذیر و مزایای آن

اسلاید 6: مقدمهشرایط دنیای الکترونیکافزایش پیچیدگی طرح هاافزایش کاربرد (تقاضا)نیازمندی هاکاراییفشردگیقیمت ارزانقابلیت اطمینانسرعت عرضه به بازار

اسلاید 7: طراحي خودكارطراحي خودكار (Design Automation )نقطه مقابل طراحی سنتی(دستی)طرح به صورت HDL (يا شماتيك) توسط طراح توصيف می شودبخش هايي از مراحل طراحي به كامپيوتر در سایر علوم مهندسیمزایا افزایش سرعت عرضه به بازاردرگیر نشدن طراح با جزئیات طراحیامکان ارائه طرح های بزرگ (پیچیده)کاهش هزینه طراحیقابلیت اطمینان

اسلاید 8: زبان توصيف سخت افزارزبان توصيف سخت افزار = HDLزبانهای متداولVHDL (VHSIC HDL) Verilog HDLAHLD (ALTERA HDL) (Advanced Boolean Equation Language ) ABEL هدف استفاده از زبان HDLمستند سازيشبيه سازي سنتز (نقطه مقابل آنالیز)خصوصیاتذاتا موازی است (همروند)مبتنی بر رخدادامکان اجرای دستورات ترتیبی

اسلاید 9: نمونه اوليه ساخت نمونه اوليه Prototyping =هدف: بررسی رفتار سیستم (آزمایش)عملکردسرعتتوان مصرفی ... کشف اشکالات احتمالی - بازنگری در طرحروش ساختقطعات استانداردتراشه برنامه پذیر(انعطاف پذیری- سرعت اعمال تغییرات)

اسلاید 10: تولیدتوليد = ساخت سيستم طراحي شده به تعداد مورد نياز پس از برطرف شدن اشکالات نمونه اولیهروش تولید بسته به تعداد و شرایط کاربردبا استفاده از قطعات استانداردتمام سفارشي Full custom روش نيمه سفارشي Semi custom با استفاده از قطعات برنامه پذير (مثل FPGA)

اسلاید 11: تولید با استفاده از قطعات استانداردقطعات استاندارد بصورت آي سي موجود اند ماننددروازه هاي منطقي- ديكودر - مالتي پلكسر - تمام جمع كننده - ثبات ها - فليپ فلاپ ها ... ویژگی هابورد مدار چاپي با تعداد زيادي آي سي سيم كشي زياد توان مصرفي بالا هزينه بالای بورد و مونتاژ احتمال بروز انواع خرابي بيشتر تست و راه اندازي اوليه مشكل تر تعمير و پشتيباني آن مشكل تر براي طرح هاي كم حجم (با تعداد تراشه هاي كم) و تعداد توليد متوسط توصيه مي گردد

اسلاید 12: روش تمام سفارشي سفارش ساخت آي سي براي تعداد توليد زياد مقرون به صرفه هزينه زيادزمان زیاد

اسلاید 13: روش نيمه سفارشي مراحل ساخت تراشه تا جايي كه مستقل از طرح نهايي مرحله نهايي = سفارشي سازي (Customization)قبل از سفارشي سازي (هزینه = قيمت توليد انبوه) قیمت مناسب ترسرعت بیشتر (بخش اعظم کار آماده)

اسلاید 14: تراشه های برنامه پذیرتوليد انبوهبرنامه ریزی با یک واسط سادهقیت مناسبکاربری آسانمناسب برای طرح های تولیدی با تعداد محدودبهترین انتخاب براي ساخت نمونه اوليهبرای طرح های پیچیدگی متوسط به بالا

اسلاید 15: مقایسه تراشه ها

اسلاید 16: CAD Toolsابزارهاي طراحي بكمك كامپيوتر نگاشت توصيف طرح به واحدهاي فيزيكي كه طرح را پياده سازي مي كند تسریع می کنندنرم افزار هایی که عمليات طراحي را مكانيزه كامپايلر زبان هاي HDL امکان دریافت طرح گرافیکیابزار شبيه سازي تحليل زماني سنتز بهینه سازی برنامه ریزی روی تراشه برنامه پذیر

اسلاید 17: CAD Toolsمعیارهای انتخاب ابزار CAD کیفیت کارایی قابلیت اطمینان به روز بودن مستندسازی پشتیبانی

اسلاید 18: مدل سازي سخت افزار يك تجربه، تمثیل یا انتزاع از يك سيستم كه تا حد مورد نياز خصوصيات آن را داشته باشد. طراح مدل ارائه می کند عبارات ریاضی با زبان HDL بصورت شماتيكطرح می تواند حاوی جزئیات زیاد یا خیلی انتزاعی باشد

اسلاید 19: ارتقاء سطح طراحی سطح ترانزیستور سطح گیت (دروازه های منطقی )سطح معماری (انتقال ثبات) سطح سیستم طراحی هر چقدر در سطوح بالاتر صورت گیرد طراح با جزئیات کمتری درگیر می شود و سرعت طراحی بالا می رود

اسلاید 20: Y Chartسطوح مختلف انتزاع (پنج سطح) Level of abstractionسه حوزه (رفتاری- ساختاری- فیزیکی)نمودار Y ارتباط بین سطوح و حوزه هادایره ها : سطوح مختلف انتزاعمحور ها : حوزه های نگرشامکان نمایش یک طرح (انتقال طرح)در هر حوزهدر هر سطح

اسلاید 21: Y Chart

اسلاید 22: سطح فيزيکیکوچک ترین دایره در نمودارY نمایش ساختاری : ترانزیستورهانمایش رفتاری : معادلات دیفرانسیل ارتباط بین خاصیت سلفی، ولتاژ و ظرفیت خازنی عناصر مداری نمایش هندسی : چند ضلعی هانواحی N و P و اتصال ها و ...

اسلاید 23: سطح منطقینمایش ساختاری : دروازه ها و فلیپ فلاپ ها نمایش رفتاری : معادلات و عبارات بولی نمایش هندسی : سلول های استاندارد

اسلاید 24: سطح ريزمعماریاین سطح گاهی سطح انتقال ثبات Register-Transfer یا سطح رفتاری نیز نامیده می شود. نمایش ساختاری :عناصر مسیرداده (مانند جمع کننده، ضرب کننده و ALU) عناصر حافظه (مانند ثبات ها) عناصر هدایتگر منطقی (مانند مالتی پلکسرها) نمایش رفتاری : نمایش انتقال ثبات نمایش هندسی : درشت سلول(MacroCell) ها

اسلاید 25: سطح معمارینمایش ساختاری : پردازنده نمایش رفتاری : آلگوریتم عملگرهای عمومی مانند جمع، ضرب، شیفت ساختارهای جریان کنترل مانند حلقه های for و while و ساختار if-then-elseنمایش هندسی : بلوک ها و تراشه ها

اسلاید 26: سطح سيستم نمایش ساختاری : عناصر پردازشي مشابه CPU است نمایش رفتاری : مدل های محاسباتی نمایش هندسی : تراشه ها و بورد های مدار چاپی

اسلاید 27: انواع انتقال طرح سنتز (Synthesis ) : از حوزه رفتاری به ساختاری در هر سطح به همان سطحتحلیل (Analysis ) : عکس سنتزتوليد (Generation ) حركت از نمايش ساختاري به سمت نمايش هندسياستخراج (Extraction ) : ایجاد یک نمایش ساختاری از روی نمایش هندسیپالایش (Refinement ) : حرکت از دایره بیرونی به دایره های داخلی ترانتزاعی کردن (Abstraction ) : عکس پالایش (نگاه کلی تر)

اسلاید 28: بهينه سازی بهینه سازی (Optimization) : ايجاد تغييرات در جهت اصلاح طرح بدون جابجايي در سطوح و حوزه ها اهداف بهینه سازیکاهش توان مصرفیافزایش سرعتکاهش حجمبخشی از عملیات سنتزکار پیچیده ای استابزار سنتز

اسلاید 29: شبيه ساز برنامه هايي كه يك توصيف انتزاعي از طرح را بصورت پويا به اجرا درآورندآزمايش و ارزيابي طرح قبل از پياده سازي فيزيكيدر کلیه سطوح و حوزه ها امکان پذیرشبيه سازي منطقي (ورودی خروجی ها) شبيه سازي زماني (شکل موج زمانی- تاخیرها)مشکل شبیه سازهاهمه واقعیت ها را در نظر نمی گیرندمثلا Fan Out در شبیه سازی منطقی

اسلاید 30: ابزارهای سنتزابزارهاي سنتز بطور خودكار از روي يك تمثيل از طرح، تمثيل ديگري را ايجاد مي كنند نگاشت از توصيف انتزاعي تر به توصيف جزئي تر و نزديكتر به شكل نهايي مثلا توصيف VHDL به مجموعه از معادلات بولي كه رفتار مدار را بصورت جزئي تر مشخص مي كند نگاشت می شودبه سطوح پایین تربهینه سازی

اسلاید 31: مراحل طراحي بکمک کامپيوتر

اسلاید 32: مراحل طراحي بکمک کامپيوتر کامپایلبررسی اشکالات گرامری در برنامه VHDL يا مشكلات رسم شماتيك سنتز جایابی و مسیردهیPlacement and Routing بهینه سازیشبیه سازی و تحلیل زمانیبازنگری در طرحانتخاب قطعه سریع

اسلاید 33: سخت افزارهاي برنامه پذير مزاياي استفاده از مدارات برنامه پذير سبک كوچک ظرفیت عملیاتی بالاقابليت برنامه ريزي مجدد عدم نياز به نگهداري كتابخانه تراشه ها هزينه ساخت و نگهداري كمتر سهولت تست مدار هزينه پايين

اسلاید 34: سخت افزارهاي برنامه پذير مزاياي استفاده از مدارات برنامه پذير سرعت امكان استفاده از ابزارهاي CAD استفاده مجدد از كتابخانه هاي از پيش تعريف شده امكان كار تيمي امكان شبيه سازي مستند سازي و استفاده مجدد امنيت طرح ارتقاء