Каменек Валентин, Гимназия 2, г.Раменское

ПЛИС. Программирование ПЛИС. ПЛИС - Программируемая Логическая Интегральная Схема или же FPGA - Field of Programmable Gate Arrays. Это переводится как "Матрица программируемых вентилей" Программируе мые перемычки Контактные дорожки Схема программируемых элементов ПЛИС

Постановка задачи. После создания проекта сложного устройства или системы, необходимо выполнить его в «железе». Но при создании сложных систем изготовление конечного устройства видится процессом трудоёмким, денежно- и время- затратным. В вопросе облегчения работы рациональным решением видится использование устройства, моделирующего сложную систему, использующего в своей основе ПЛИС.

Метод решения поставленной задачи. Для создания подобной моделирующей платы необходимо перепрограммируемое устройство, имеющее собственную оперативную память, набор входов и выходов-то есть всё необходимое, чтобы обеспечить корректное моделирование разработанной системы. Подобное устройство, благодаря своим небольшим размерам, быстроте программирования, и наглядности результатов позволит сильно сэкономить время и средства при проектировании сложных устройств. Вывод данных Ввод данных Моделирующая плата

Сравнение способов отладки Без использования моделирующего устройства С использованием моделирующего устройства Изготовление пробного варианта устройства Поиск ошибок Первоначальная разработка Заказ на изготовление Поиск ошибок Отладка, исправление ошибок Создание исправленного проекта Денежно- и время- затратно Тестирование на моделирующем устройстве Изготовление конечного варианта Проводится на месте разработки Отладка, исправление ошибок Создание исправленного проекта

Варианты использования устройства. Наше устройство Моделирующее устройство Компьютер-на- одной-микросхеме Обработчик графической, звуковой и другой информации

Схема строения устройства.

Размещение компонентов. ПЛИС Altera Stratix II Программируемые кнопки Программируемая перезагрузка Восстановление заводской прошивки ПЛИС Перезагрузка платы Разъёмы для подключения плат расширения функциональности Разъём для подключения карт CompactFlash Светодиоды 7-сегментные цифровые дисплеи 2 Мб SRAM памяти Флэш- память 32 Мб DDR SDRAM памяти Чип сетевого интерфейса, соединённый с разъёмом RJ45 Последовательный порт (RS-232) Разъёмы для подключе ния мезонинн ой PCI карты Разъёмы для тестирования и подключения отладочных устройств Конфигурационный разъём Конфигурац ионные разъёмы ПЛИС Altera MAX Конфигур ационный чип Осциллятор (50 МГц) Разъём питания(16V) Дополнительное питание Элементы устройства (часть 1) Элементы устройства (часть 2) Информация о ПЛИС

Основа устройства Основой устройства является ПЛИС фирмы Altera серии Startix II. Эта ПЛИС является высокопроизводительным решением, выполнена по 90-нм техпроцессу, имеет в своём состав 60,440 логических элементов(вентилей), 718 пользовательских портов ввода-вывода. Вернуться к схеме

Элементы устройства. Программируемые кнопки мгновенного нажатия и 8 раздельно программируемых светодиодов Двойной 7-сегментный светодиодный дисплей. Каждый сегмент контролируется отдельно 2 Мб Синхронной Статической Оперативной Памяти с Произвольным Доступом(SSRAM). Считывание и запись информации в такую память происходит только при определенном состоянии синхросигнала. Может использоваться в качестве кеша. 32 Мб памяти с удвоенной скоростью передачи данных (DDR SDRAM). Может использоваться в качестве большой памяти с абсолютной адресацией. 16 Мб флэш-памяти, которую можно использовать для двух целей: в качестве энергонезависимой памяти запрограммированного устройства или как хранилище конфигураций ПЛИС. Чип сетевого интерфейса с физическим MAC- адресом. Подключается к сети через RJ-45 разъём. Последовательный интерфейс с разъёмом RS-232. Используется для связи с компьютером. Разъёмы для подключения карт расширения(дочерних плат), к примеру добавляющих DVI- интерфейс. Чип Разъём Вернуться к схеме

Элементы устройства. Разъём для подключения CompactFlash карт. Может использоваться в двух режимах: ATA(с возможностью горячей замены) и IDE(в качестве жёсткого диска) Разъём для подключения PMC (PCI Mezzanine Card) Mictor разъём. Передаёт сигналы с очень низким уровнем шума по специальному экранированному Mictor-кабелю. Может использоваться для подключения отладочного устройства или как интерфейс ввода-вывода. 8 отладочных контактов, подсоединённых к входам-выходам ПЛИС. Конфигурационный чип. Основанное на флэш- памяти устройство, в котором хранятся данные о конфигурации ПЛИС во время загрузки или перепрограммирования. ПЛИС Altera MAX7000. В ней запрограммированны алгоритмы перезагрузки и загрузки конфигурации ПЛИС Altera Statix II из флэш-памяти Программируемая кнопка перезагрузки. Результат её нажатия зависит от того, как запрограммирована ПЛИС. Кнопка восстановления заводской конфигурации Кнопка перезагрузки платы JTAG-разъёмы для подключения соответствующего программатора, например ByteBlaster. Различные JTAG-разъёмы служат для программирования ПЛИС Altera MAX и Altera Stratix. Вернуться к схеме

Программирование платы. Данное устройство программируется через стандартный четырехконтактный JTAG интерфейс. В соответствующем программном обеспечении создаётся конфигурационная последовательность, которая загружается в ПЛИС с помощью специального загрузочного кабеля, т.е. программатора ByteBlaster, снабжённого COM или USB разъёмом.

Программное обеспечение для разработки проектов. Проектирование ПЛИС включает в себя составление схемы устройства, его тестирование и отладку на эмуляторе, и т.д. Оно может производиться несколькими способами: -графический способ: составление схемы из стандартных элементов: логических элементов, триггеров и т.п. Главное достоинство графического способа его традиционность и наглядность, связанные с привычностью разработчиков к восприятию изображений схем. -текстовый способ: составление описания схемы на одном из языков описания аппаратуры (HDL – Hardware Description Languages) Для ПЛИС Stratix II Altera рекомендует фирменное программное обеспечение Quartus II, позволяющее максимально использовать возможности ПЛИС и разработанного устройства. Данное ПО оптимизировано для создания систем-на-одном-чипе, что является весьма актуальным для данного устройства. Текстовый способ Графический способ

Выводы по работе. В ходе данной работы были рассмотрены основы технологии ПЛИС, рассмотрена возможная реализация устройства моделирования, обладающего широкой функциональностью благодаря использованию программируемой логики, что позволяет эффективно использовать его в процессе разработки и отладки сложных информационных систем. Кроме того было рассмотрены возможные способы применения данного устройства. Х Х