Thiết kế logic số (VLSI design)

Thiết kế logic số (VLSI design)Bộ môn KT Xung, số, VXLquangkien82@gmail.comhttps://sites.google.com/site/bmvixuly/thiet-ke-logic-so08/20121.Thiết kế về mặt logic (chức năng) các khối vi mạch số cỡ vừa và cỡ lớn (LSI, VLSI)Đúng chức năng Có khả năng hiện thực hóa bằng vi mạch thật (Synthesizeable)2. Ứng dụng công nghệ FPGA để hiện thực hóa các thiết kế.Cách thức hiện thực hóa thiết kế trên FPGA – phần mềm tự động thiết kế.Cách thức tổ chức phần cứng cho FPGA để có thể đưa thiết kế vào ứng dụng thực tiễn.Mục đích & nội dung2/25Chương I: Kiến thức chung về vi mạch số quangkien82@gmail.comBài toán thiết kế vi mạch sốSimple digital circuit (SSI, MSI)3/25Chương I: Kiến thức chung về vi mạch số quangkien82@gmail.comBài toán thiết kế vi mạch sốDigital embedded system4/25Chương I: Kiến thức chung về vi mạch số quangkien82@gmail.comBài toán thiết kế vi mạch sốMức độ tích hợp: LSI, VLSI , SoC (vài ngàn đến hàng tỷ transitor).5/25Chương I: Kiến thức chung về vi mạch số quangkien82@gmail.comBài toán thiết kế vi mạch sốĐiều kiện làm việc - Worst case (Temperature, EMF, pressure) - Real-time computing6/25Chương I: Kiến thức chung về vi mạch số quangkien82@gmail.comBài toán thiết kế vi mạch sốKhả năng tính toán: (Mflops –> Tflops), ASIC có thể thay thế hệ máy tính trong giải quyết những bài toán ứng dụng cụ thể.7/25Chương I: Kiến thức chung về vi mạch số quangkien82@gmail.comVLSI example: PU design 8/25Chương I: Kiến thức chung về vi mạch số quangkien82@gmail.comChương ICác kiến thức chung (nhắc lại từ Điện Tử Số)HDL & Automation DesignIC khả trìnhChương IINgôn ngữ VHDLKỹ năng TK: Các khối MSI, SSI đơn giản đã biết trong ĐTS: cộng, dịch, thanh ghi, đếm FSMChương IIICác thuật toán và sơ đồ để thiết kế một số khối LSI thông dụngKỹ năng TK: Các khối LSI, VLSI: CLA, nhân, chia số nguyên, số thực, có dấu và không dấu, Memory, cấu trúc CPU đơn giản.Bài tập lớn môn họcChương IVCông nghệ FPGAThiết kế FPGA trên ISEThiết kế hệ nhúng bằng FPGAKỹ năng TK: Hiện thực hóa thiết kế ở các chương trứoc trên FPGA, lập trình giao tiếp bằng VHDL cho các ngoại vị đơn giản : UART, PS/2, I2C, SPI, VGA/LCD.Nội dung môn học9/10Chương IV: Thiết kế mạch số trên FPGA quangkien82@gmail.comTài liệu tham khảoGiáo trình Thiết kế logic số- Trịnh Quang Kiên, Lê Xuân Bằng HVKTQS -12-2011Lê Xuân Bằng - Kỹ thuật số (Tập 1) - NXB Khoa học kỹ thuật – Năm 2008 Đỗ Xuân Tiến - Kỹ thuật Vi xử lý và lập trình Assembly –NXB Khoa học kỹ thuật – Năm 2002Nguyễn Thúy Vân - Thiết kế logic mạch số - NXB Khoa học kỹ thuật - Năm 2005Nguyễn Linh Giang - Thiết kế mạch bằng máy tính –NXB Khoa học kỹ thuật - Năm 2005IEEE VHDL standard reference 2002 – Năm 2002.Milos D. Ercegovac and Tomas Lang - Digital Arithmetic - San Francisco Morgan Kaufmann Publishers - 2004Douglas L Perry - VHDL Programming by Example 4th Edition - 2002 INTERNET-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------S. S. Limaye Digital Design with VHDL – 2002 Enoch O. Hwang - Microprocessor Design Principles and Practices with VHDL - 2004Mark Balch - Complete digital design - 2003Behrooz Parhami - Computer Arithmetic Algorithms and Hardware Designs – Oxford University Press - 2000Wakerly J.F - Digital design principles and practices - 1999Wai-Kai Chen - The VLSI Handbook, 2nd Edition - University of Illinois - 2007Uwe Meyer-Baese -Digital Signal Processing with FPGA – Springer - 2007Xilinx - Spartan-3 Generation FPGA User Guide (ug331.pdf) Xilinx - Spartan-3E FPGA Family Datasheet (ds312.pdf)MIPS Technology - MIPS Instruction Set Reference Vol I - 2003Xilinx - Spartan 3A/3AN Starter Kit User Guide (ug334.pdf)10/25Chương I: Kiến thức chung về vi mạch số quangkien82@gmail.comChương mở đầuNội dung: Các khái niệm chung về vi mạch số. Các công nghệ thiết kế vi mạch số. Giới thiệu về các IC khả trình dạng SPLD.Thời lượng: 3 tiết bài giảng, không có thực hành.11/25Chương I: Kiến thức chung về vi mạch số quangkien82@gmail.comTransitorsTTL (BJT)MOSFETCMOS12Kiến thức chung về vi mạch số12/25Chương I: Kiến thức chung về vi mạch số quangkien82@gmail.comVLSI (~1000 000)LSI (~100 000)MSI(500)SSI(~50 Kiến thức chung về vi mạch sốPhân loại IC theo mật độ tích hợp1313/25Chương I: Kiến thức chung về vi mạch số quangkien82@gmail.com-Logic gates.14Kiến thức chung về vi mạch sốNOT gate (CMOS)Timing parameters of NOT gate14/25Chương I: Kiến thức chung về vi mạch số quangkien82@gmail.com-Latch & Flip-flops15Kiến thức chung về vi mạch số15/25Chương I: Kiến thức chung về vi mạch số quangkien82@gmail.com-Mạch tổ hợpKiến thức chung về vi mạch sốT1 = TNOT + TAND_4 + TNOR + TAND_3 + TOR_2 + TWire1T2 = TNOT + TAND + TOR_4 + TAND_4 + T OR_4 + TWire216/25Chương I: Kiến thức chung về vi mạch số quangkien82@gmail.com-Mạch tuần tự (dãy) – RTLKiến thức chung về vi mạch số Tclk_min = Tclk-q + Td2 + Tsb + Tskew17/25Chương I: Kiến thức chung về vi mạch số quangkien82@gmail.com-Các phương pháp mô tả vi mạch sốKiến thức chung về vi mạch số18/25Chương I: Kiến thức chung về vi mạch số quangkien82@gmail.comChương mở đầu: Kiến thức chung về vi mạch sốDigital DesignManual Design74xx series40xx seriessDiscrete componentAutomation DesignPLD baseSPLDPALGALPLAPROMCPLDFPGASemi-custom ASICFull custom ASICCác dạng TK số19/25Chương I: Kiến thức chung về vi mạch số quangkien82@gmail.comChương mở đầu: Giới thiệu các IC khả trìnhPROM - 195620/25Chương I: Kiến thức chung về vi mạch số quangkien82@gmail.comPAL, GAL -1970Chương mở đầu: Giới thiệu các IC khả trình21/25Chương I: Kiến thức chung về vi mạch số quangkien82@gmail.com-MacrocellGiới thiệu các IC khả trình22/25Chương I: Kiến thức chung về vi mạch số quangkien82@gmail.com-PLA -1975Giới thiệu các IC khả trình23/25Chương I: Kiến thức chung về vi mạch số quangkien82@gmail.com-CPLD (MAX5000, XC9500)Giới thiệu các IC khả trình24/25Chương I: Kiến thức chung về vi mạch số quangkien82@gmail.com-FPGA – 1984 XilinxGiới thiệu các IC khả trình25/25Chương I: Kiến thức chung về vi mạch số quangkien82@gmail.comTrắc nghiệmCâu 1: Những mục đích chính của môn học “Thiết kế logic số”Thiết kế chức năng cho các mạch sốThiết kế các vi mạch tích hợp mật độ caoThiết kế các hệ thống số phức tạp trên FPGAThiết kế về mặt chức năng cho các khối số và hiện thực hóa thiết kế trên công nghệ FPGA26Chương I: Kiến thức chung về vi mạch số quangkien82@gmail.comCâu 2: Phần tử logic cơ bản tạo nên các mạch số là: TransitorCổng logicPhần tử nhớ và các cổng logicMạch tổ hợp và mạch dãy27Trắc nghiệmChương I: Kiến thức chung về vi mạch số quangkien82@gmail.comCâu 3: Lý do chính phương pháp mô tả mạch số bằng ngôn ngữ HDL ưu việt hơn các phương pháp khác:Thiết kế lưu trữ với dung lượng nhỏ và phổ biếnThiết kế được những khối số lớn và phức tạp, hoạt động ở tốc độ cao.Dễ tổ chức và kiểm tra với những thiết kế phức tạp bằng các công cụ hỗ trợ Thiết kế tự động (CAD Tools)Dễ học và dễ sử dụng với sự hỗ trợ của máy vi tính28Trắc nghiệmChương I: Kiến thức chung về vi mạch số quangkien82@gmail.comCâu 4: Nguyên lý xây dựng PROM và các IC khả trình loại SPLD là:Ma trận cổng AND và ma trận cổng OR khả trìnhMa trận cổng AND khả trình và ma trận cổng OR cố địnhMa trận cổng AND và ma trận cổng OR khả trìnhMọi hàm logic đều biểu diễn dưới dạng chuẩn tắc tuyển hoặc chuẩn tắc hội29Trắc nghiệmChương I: Kiến thức chung về vi mạch số quangkien82@gmail.com