Каменек Валентин, Гимназия 2, г.Раменское. ПЛИС. Программирование ПЛИС. ПЛИС - Программируемая Логическая Интегральная Схема или же FPGA - Field of Programmable. - презентация

1 Каменек Валентин, Гимназия 2, г.Раменское

2 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

3 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.

4 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

5 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

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

7 Схема строения устройства.

8 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

9 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

10 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

11 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

12 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.

13 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

14 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