Giới thiệu về công nghệ IC khả trình

Hardware Description Language
Hardware Description Language
Giảng viên: Ths. Hoàng Vân Đông
Khoa: ĐTVT – Đại học Điện Lực
About lecturer
About lecturer

Liên hệ:
◦
Bộ môn kỹ thuật điện tử khoa ĐTVT - ĐHĐL
◦
Email:
◦
ĐT: 0946 83 06 20
◦
Face: Hoàng elab

Lĩnh vực nghiên cứu:
◦ Thiết kế số, Hệ thống nhúng, FPGA
◦ Xử lý tín hiệu, Trí tuệ nhân tạo
◦ Thủy vân số, Bảo mật

Quá trình học tập:
◦ K46 ĐTVT-ĐHBK Hà nội (2001 - 2006)

Đề tài: Thiết kế mạch đo tín hiệu Điện tim
◦
Ths ĐTVT Học viện Quân sự (2007-2009)

Đề tài: Ứng dụng Thủy vân bảo vệ bản quyền ảnh số
2

Quy định chung
Quy định chung

Đánh giá
◦
Điều kiện dự thi: Theo quy định của trường
◦
Kiểm tra: 2- 3 bài (30%)
◦
Thi cuối kỳ (70%)
◦
Điều kiện đạt: các bài thi và bài tập lớn > 50% số điểm
◦
Bài tập lớn (100 %) (làm theo nhóm 3 sinh viên)
3
Mục đích của môn học
Mục đích của môn học

Nắm được công nghệ IC khả trình PLD

Nắm được quy trình thiết kế hệ thống số
với PLD

Có khả năng thiết kế hệ thống số dùng
ngôn ngữ VHDL

Có khả năng sử dụng công cụ thiết kế của
Xilinx (hoặc Altera)
4
Tài liệu tham khảo

Tài liệu tham khảo
◦
Slides bài giảng trên lớp
◦
E-books

VHDL cookbook

VHDL programming by Example 4
th
edition by Douglas L.
Perry
◦
Website

www.xilinx.com

www.Altera.com
5
Nội dung môn học
Nội dung môn học
1. Giới thiệu chung về công nghệ IC khả trình
2. Thiết kế số (nhắc lại)
3. Ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL
4. Thiết kế dùng IC khả trình của Xilinx và
Altera
6
Chương 1. Giới thiệu chung về công nghệ
Chương 1. Giới thiệu chung về công nghệ
IC khả trình PLD

IC khả trình PLD
1.1 Các bước thiết kế VLSI
1.2 Các công nghệ dùng trong thiết kế
1.3 Công nghệ IC khả trình
1.4 Ứng dụng của công nghệ IC khả trình
7
1.1 Các bước thiết kế VLSI
1.1 Các bước thiết kế VLSI

Ví dụ: Thiết kế bộ chạy đĩa DVD
8
1.1 Các bước thiết kế VLSI
1.1 Các bước thiết kế VLSI
9
System Specification
Architectural Design
Logic Design
Circuit Design
Physical Design
Functional Design Fabrication
Packaging
1.1 Các bước thiết kế VLSI
1.1 Các bước thiết kế VLSI

System Specification – Xác định kích
thước, tốc độ, công suất và các chức năng
của hệ thống

Architectural Design – Xác định kiến trúc
của hệ thống: ví dụ: RISC/CISC, số lượng

ALU, kích thước bộ nhớ cache. Việc xác
định kiến trúc sẽ giúp cho việc ước lượng
tốc độ xử lý của hệ thống, kích thước
chip, công suất tiêu thụ …
10
1.1 Các bước thiết kế VLSI
1.1 Các bước thiết kế VLSI

Functional Design – Xác định các khối
chức năng chính và kết nối giữa các khối.
Chưa cần xác định chi tiết cách thức thực
hiện các khối này.
11
1.1 Các bước thiết kế VLSI
1.1 Các bước thiết kế VLSI

Logic Design – Thiết kế logic, ví dụ: thiết
kế mạch logic tổ hợp, logic dãy, ALU,
khối điều khiển…. Kết quả của bước thiết
kế này là bản mô tả RTL (Register
Transfer Level). RTL được biểu diễn bằng
ngôn ngữ mô tả phần cứng HDL
(Hardware Description Language), e.g.,
VHDL, Verilog.
12
X = (AB+CD)(E+F)
Y= (A(B+C) + Z + D)
1.1 Các bước thiết kế VLSI
1.1 Các bước thiết kế VLSI

Circuit Design – Thiết kế mạch bao gồm
các cổng logic, transistors và các kết nối.
Kết quả thu được từ bước thiết kế này là
một netlist.
13
1.1 Các bước thiết kế VLSI
1.1 Các bước thiết kế VLSI

Net list:
net1: top.in1 i1.in
net2: i1.out xxx.B
topin1: top.n1 xxx.xin1
topin2: top.n2 xxx.xin2
botin1: top.n3 xxx.xin3
net3: xxx.out i2.in
outnet: i2.out top.out

Component list:
top: in1=net1 n1=topin1
n2=topin2 n3=botin1
out=outnet
i1: in=net1 out=net2
xxx: xin1=topin1 xin2=topin2
xin3=botin1 B=net2 out=net3
i2: in=net3 out=outnet
14
1.1 Các bước thiết kế VLSI
1.1 Các bước thiết kế VLSI
15
top

i1 xxx i2
Component hierarchy
1.1 Các bước thiết kế VLSI
1.1 Các bước thiết kế VLSI

Physical Design – Chuyển từ netlist sang
dạng biểu diễn hình học. Cách biểu diễn
hình học này được gọi là layout.
16
1.1 Các bước thiết kế VLSI
1.1 Các bước thiết kế VLSI

Fabrication – Bao gồm các quá trình như
quang khắc, đánh bóng, khuyếch tán …để
chế tạo ra chip (IC).

Packaging – Sắp xếp các IC trên một
board mạch in PCB (Printed Circuit
Board) hoặc trên một module đa chíp
MCM (Multi-Chip Module)
17
1.1 Các bước thiết kế VLSI
1.1 Các bước thiết kế VLSI
18
System Specification
Architectural
Specification
RTL in HDL
Netlist
Layout

Timing & relationship
between functional units
Chips
Packaged and
tested chips
Architectural
Design
Functional
Design
Logic
Design
Physical
Design
Fabrication
Packaging
Circuit Design
or
Logic Synthesis
1.2 Các công nghệ dùng trong thiết kế
1.2 Các công nghệ dùng trong thiết kế
số
số
19
CÔNG NGHỆ LOGIC SỐ
Standard
Logic
PLD ASIC
Full Custom
VLSI Design
TTL

74xx
CMOS
4xxx
SPLD CPLD FPGA
Gate
Array
Standard
Cell
Công
nghệ
LOGI
C số
PLA PAL
1.2 Các công nghệ dùng trong thiết kế
1.2 Các công nghệ dùng trong thiết kế
số
số
20

1.2.1 – Công nghệ Logic chuẩn
•
Gồm 2 họ cấu kiện TTL và CMOS
•
Chức năng của các IC là cố định
•
Ưu điểm:
•
Thực hiện thiết kế đơn giản
•
Chi phí phát triển ứng dụng thấp

•
Thay đổi nhanh bản thiết kế
•
Tương đối dễ thử nghiệm trong các mạch
1.2 Các công nghệ dùng trong thiết kế
1.2 Các công nghệ dùng trong thiết kế
số
số
21

1.2.1 – Công nghệ Logic chuẩn
•
Nhược điểm
•
Các yêu cầu về kích thước trong bảng mạch
lớn
•
Khó chế tạo ứng dụng phức tạp
•
Yêu cầu về điện lớn
•
Thiếu tính bảo mật
•
Các yêu cầu chi phí bổ sung cao
1.2 Các công nghệ dùng trong thiết kế
1.2 Các công nghệ dùng trong thiết kế
1.2.2. ASICs (Application specific IC)

Khắc phục những nhược điểm của việc thiết kế
bằng các IC chức năng cố định


Các thiết kế này phức tạp không thể thực hiện bằng
cách sử dụng các IC chức năng cố định

Người thiết kế cấu hình ASIC theo chức năng mong
muốn

Thực hiện công đoạn sản xuất tại nhà máy
22
1.2 Các công nghệ dùng trong thiết kế
1.2 Các công nghệ dùng trong thiết kế
1.2.2. ASICs (Application specific IC)

Ưu điểm:
◦
Giảm thiểu được kích thước thông qua việc sử dụng mức
tích hợp cao
◦
Giảm thiểu được yêu cầu về điện
◦
Chi phí giảm đáng kể vì thường sản xuất với quy mô lớn
◦
Không sao chép được

Nhược điểm:
◦
Chi phí phát triển ban đầu rất lớn
23
1.2 Các công nghệ dùng trong thiết kế
1.2 Các công nghệ dùng trong thiết kế

1.2.2. ASICs (Application specific IC)

Ưu điểm:
◦
Giảm thiểu được kích thước thông qua việc sử dụng mức
tích hợp cao
◦
Giảm thiểu được yêu cầu về điện
◦
Chi phí giảm đáng kể vì thường sản xuất với quy mô lớn
◦
Không sao chép được

Nhược điểm:
◦
Chi phí phát triển ban đầu rất lớn
24
1.2 Các công nghệ dùng trong thiết kế
1.2 Các công nghệ dùng trong thiết kế
1.2.4. Công nghệ Full custom VLSI Design

Thường sử dụng để thiết kế các vi mạch đa dụng có
tính năng mạnh và có phạm vi ứng dụng lớn như
các họ vi xử lý, bộ nhớ RAM
25