Научный журнал
Международный журнал экспериментального образования
ISSN 2618–7159
ИФ РИНЦ = 0,839

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ НА ПЛИСАХ (УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПО КУРСОВОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ)

Сальников И.И. 1
1 Пензенский государственный технологический университет

Рассмотрены этапы проектирования цифровых схем формирования вычислителей элементарных функций с использованием ПЛИС фирмы Xilinx. Проектирование выполняется в программной среде WebPACK ISE 10.1.

Вычислители элементарных функций являются частью широкого класса функциональных преобразователей информации (ФПИ), которые относятся к специализированным вычислительным средствам, широко используемым в современных информационных технических системах.

ПЛИС – это программируемая логическая интегральная схема, представляющая собой большую интегральную схему, у которой на одном кристалле размещены и программируются: универсальные логические блоки; соединительные цепи с коммутирующими элементами; устройства ввода/вывода; конфигурационная память, позволяющая многократно перестраивать схему. В настоящее время несколько десятков фирм занимаются разработкой и выпуском ПЛИС. Мировым лидером является фирма Xilinx, за ней идут фирмы Altera, Atmel и др. Фирмы, разрабатывающие мощные процессоры для современных ПЭВМ, взяли на вооружение ПЛИС-технологию для предварительной проверки и отладки сложных структур.

Разработка цифровых устройств на базе ПЛИС в корне отличается от привычного труда инженера-разработчика. Работа с паяльником и осциллографом отодвинулась на задний план, а основной стала работа с компьютером, так как этапы разработки – создание схемы, логическое и временное моделирование работы устройства, размещение логических элементов и трассировка цепей выполняются в программных пакетах САПР ПЛИС.

Для реализации функциональных преобразователей информации (ФПИ) средствами вычислительной техники необходимо использовать математическое представление ФПИ совокупностью простых арифметических операций – сложением, вычитанием, умножением и делением. Для этого часто используются степенные многочлены. Таким образом, реализовав на ПЛИС сумматор, умножитель и делитель, можно реализовать любую элементарную функцию. Особенностью используемого подхода является модульный принцип проектирования. Создав и отладив отдельные модули, затем собирается заданный алгоритм вычисления элементарной функции.

В учебном пособии детально показано как разработать перемножитель заданной разрядности с использованием самого простого алгоритма, известного со школьной скамьи, перемножение столбиком. Приводятся этапы разработки делителя, в котором используется простой алгоритм с восстановлением остатка. Поясняется, как выбрать формат дробного двоичного числа с целой цифровой частью. Делается акцент на то, что в цифровой схеме используются целочисленные преобразования. Задача разработчика заключается в правильном выборе разрядов как для целой части, так и для дробной части преобразуемых двоичных чисел для достижения заданной точности вычисления.

В результате выполнения курсового проекта студенты осваивают современные технологии проектирования цифровых схем, на конкретном примере разработки вычислителя заданной элементарной функции учатся отлаживать цифровые схемы, для чего используется встроенное в САПР WebPACK ISE 10.1. моделирующее устройство. После отладки отдельных модулей отлаживается вычислитель в целом, оценивается точность вычисления заданной элементарной функции. Заключительным этапом является выполнение разводки разработанной цифровой схемы на кристалле, выполняется оценка затраченных ресурсов выбранного кристалла ПЛИС и временных задержек.

Пособие разработано на кафедре «Вычислительные машины и системы» ПензГТУ и предназначено для студентов специальности 230100 – «Информатика и вычислительная техника», а также может быть полезным для специалистов-разработчиков устройств цифровой обработки информации.


Библиографическая ссылка

Сальников И.И. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ НА ПЛИСАХ (УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПО КУРСОВОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ) // Международный журнал экспериментального образования. – 2013. – № 9. – С. 33-34;
URL: https://expeducation.ru/ru/article/view?id=4178 (дата обращения: 11.08.2022).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074