FPGA

Prednášajúci: doc. Ing. Pavol Galajda, CSc., doc. Ing. Miloš Drutarovský, CSc.

Cvičiaci: Ing. Martin Petrvalský

Anotácia predmetu (2/2s)

Predmet je zameraný na základné princípy, architektúry a typy užívateľsky rekonfigurovateľných číslicových obvodov používaných v moderných elektronických systémoch a vložených aplikáciách. Tieto obvody sú klasifikované z pohľadu zákazníckych ASIC (Application Specific Integrated Circuit) obvodov, ich historického vývoja a ekonomických aspektov. Hlavná pozornosť je venovaná obvodom CPLD (Complex Programmable Logic Devices) a užívateľsky konfigurovateľným obvodom FPGA (Field Programmable Gate Array). Ťažisko je kladené na ich základné štruktúry, vnútornú architektúru, vlastnosti, návrhové prostriedky a spôsoby konfigurácie. Pozornosť je tiež venovaná metodike návrhu týchto obvodov, grafickému opisu ako aj úvodu opisu v jazyku VHDL, simulácií a praktickému aspektom návrhu pomocou moderných CAD systémov (Altera a Mentor Graphics), ako aj možnosti využitia analógových rekonfigurovateľných obvodov FPAA (Field Programmable Analog Arrays). Uvedené aspekty sú praktický precvičované pomocou CPLD a FPGA obvodov a vývojových prostriedkov od firmy Altera. V závere sú analyzované vybrané aplikácie na báze FPGA obvodov v spotrebnej elektronike, telekomunikačných aplikáciách a autoelektronike.

Hlavné tématické okruhy:

Klasifikácia programovateľných logických obvodov (PLD) z pohľadu ASIC technológie
Ekonomické a technologické aspekty PLD
Historický vývoj (PAL, GAL, EPLD, CPLD, FPGA)
PROM, EPROM, EEPROM, SRAM, antifuse technológie
Opis obvodov v grafickom editore
Opis obvodov v jazyku VHDL
Syntéza a funkčná simulácia, časová simulácia
Základná architektúra CPLD obvodov
Základná architektúra FPGA obvodov
Štruktúra bunky, vstupno-výstupné bloky
Hierarchické pamäťové bloky
Makrofunkcie a IP bloky
Konfigurovanie obvodov FPGA, konfiguračné metódy
Technológia hraničných testov (JTAG)
Technologické trendy, poprední výrobcovia (Altera, Xilinx, Actel, ...)
Metodika špecifikácie a návrhu FPGA obvodov pomocou CAD systémov
CAD nástroje pre prácu s obvodmi FPGA (Mentor Graphics, Altera)
Typické aplikácie obvodov FPGA

Vybrané témy budú prakticky precvičované v laboratóriu KEMT V102b na Vysokoškolskej 4 s využitím CAE systémov firiem Altera a Mentor Graphics. Uvedené nástroje boli poskytnuté v rámci Univerzitného programu firmami Altera, Inc. a Mentor Graphics, Inc. V rámci cvičení bude využívané ako základ vývojové prostredie Quartus II firmy Altera, ktoré je možné voľne stiahnuť a používať v limitovanej tzv. Quartus II WEB verzii (na cvičeniach bude požívaná staršia verzia 9.1 SP2, ktorá obsahuje integrovaný simulátor od firmy Altera). Informácie o cvičeniach, prednáškach a podmienkach udelenia zápočtu nájdete v dokumente ces.pdf.