Bài giảng HDL & FPGA - Chương 3: Thiết kế số

Bài giảng HDL & FPGA - Chương 3: Thiết kế số. Chương này cung cấp cho sinh viên những nội dung kiến thức gồm: các mức thiết kế; thiết kế hệ thống (system level design); thiết kế mạch số tổ hợp; thiết kế mạch số tuần tự;... Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng HDL & FPGA - Chương 3: Thiết kế số Nội dung môn học1. Giới thiệu chung về công nghệ IC khả trình2. Thiết kế dùng IC khả trình của Xilinx3. Thiết kế số • Các mức thiết kế • Thiết kế mạch số tổ hợp • Thiết kế mạch số tuần tự4. Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL5. Giới thiệu một vài ứng dụng trong lĩnh vực tính toán cấu hình lại (Reconfigurable Computing)97 Nội dung môn học1. Giới thiệu chung về công nghệ IC khả trình2. Thiết kế dùng IC khả trình của Xilinx3. Thiết kế số • Các mức thiết kế • Thiết kế mạch số tổ hợp • Thiết kế mạch số tuần tự4. Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL5. Giới thiệu một vài ứng dụng trong lĩnh vực tính toán cấu hình lại (Reconfigurable Computing)98 Các mức thiết kế• Thiết kế dùng các cổng logic rời rạc (Gate level): AND, OR, NAND, NOT…, Flip Flops Dùng cho các bài toán thiết kế đơn giản như thiết kế bộ tổng, tổng của tích, bộ đếm… Kết quả: module• Thiết kế dùng các thanh ghi và các module số (RTL: register transfer level) Thanh ghi dịch, decoder, ALU, Mux, bộ cộng, nhân, bộ đếm… Dùng cho các bài toán thiết kế từ trung bình đến phức tạp như thiết kế vi xử lý, thiết kế các bộ mã hoá và giải mã âm thanh, hình ảnh … Kết quả: vi mạch (IC)99 Các mức thiết kế• Thiết kế hệ thống (system level design) Vi xử lý, bộ nhớ, các bộ mã hoá và giải mã hình ảnh, âm thanh số, các bộ xử lý tín hiệu số … Dùng cho thiết kế các hệ thống số phức tạp như máy rút tiền tự động, các ứng dụng đa phương tiện Kết quả: PCB• Trong quá trình thiết kế một hệ thống số, các mức trên có thể được sử dụng 1 đến nhiều lần100 Nội dung môn học1. Giới thiệu chung về công nghệ IC khả trình2. Thiết kế dùng IC khả trình của Xilinx3. Thiết kế số • Các mức thiết kế • Thiết kế mạch số tổ hợp • Thiết kế mạch số tuần tự4. Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL5. Giới thiệu một vài ứng dụng trong lĩnh vực tính toán cấu hình lại (Reconfigurable Computing)101 Thiết kế mạch số tổ hợp Bìa Karnaugh• Mục đích: dùng để tối thiểu hoá hàm Boole để thực hiện mạch một cách tối ưu Ví du: F=xy’z+xy’z’ =xy’(z+z’) =xy’x y z x y z F=xy’z+xy’z’ FTối thiểu hoá dùng cách biến đổi hàm boole rất phức tạp vàkhông có lý thuyết nào chứng minh kết quả tối thiểu hoá lá tối ưu102 Thiết kế mạch số tổ hợp Các mạch logic tổ hợp cơ bản•Ripple-carry adders•Adder/subtractors•Multipliers•Logic units•Arithmetic-logic units•Decoders•Selectors•Buses•Magnitude comparators103 Ripple-carry adders• Bộ nửa tổng (Half Adder): ci+1 yi si yi 0 0 0 1 xi 0 1 xi 1 0 xi yi xi yi ci+1 HA ci+1 si si104 Ripple-carry adders• Bộ tổng đầy đủ (Full Adder) yi yi ci+1 xi si xi 1 1 1 ci 1 1 1 ci 1 1 xi yi ci xi yi ci+1 ci FA si ci+1 si105 Ripple-carry adders• 4-bit ripple-carry adder x3 y3 x2 y2 x1 y1 x0 y0 c4 c3 c2 c1 c0=0 FA FA FA FA s3 s2 s1 s0106 Adder-subtractors X Y Cout Adder/ S subtractor F x3 y3 x2 y2 x1 y1 x0 y0 S c4 c3 c2 c1 c0 FA FA ...