BÀI GIẢNG môn học hệ NHÚNG CHƯƠNG 6 GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ mới

BÀI GIẢNG MÔN HỌC HỆ NHÚNG
Chương 6: Giới thiệu công nghệ mới
6.1. Công nghệ FPGA
6.2. Công nghệ FPAA
6.3. Công nghệ PSOC

1


6.1. Công nghệ FPGA
• FPGA: công nghệ thiết kế IC số chuyên dụng (ASIC – Application Specific IC): vi điều khiển, IC xử lý tín hiệu số,
IC điều khiển LCD…
• FPGA (Field Programmable Gate Arrays):

• Chip FPGA là một chip “trắng”, bên trong gồm các mảng cổng logic và phần tử
nhớ cơ bản (flip-flop, AND, OR, XOR, NOT)
• Các cổng sẽ được liên kết với nhau để tạo thành các IC chuyên dụng
• Cho phép lập trình (sử dụng các ngôn ngữ mô tả phần cứng – HDL) để tạo ra
các cấu hình, liên kết, kết nối các cổng trong chip FPGA

2


Trước khi có công nghệ FPGA
Thiết kế mạch thực thi
các hàm logic
-Mỗi mạch cần thiết kế bao
gồm các cổng logic và các flipflops
-Sử dụng các phương pháp
tối giản hóa để đơn giản mạch
thực thi

3

Chỉ phù hợp cho
thiết kế nhỏ


Trước khi có công nghệ FPGA
Thiết kế theo sơ đồ
nguyên lý
-Cải tiến cho phương pháp
thiết kế sử dụng hàm logic.
-Ngoài các cổng logic, các
flip-flops, cho phép sử dụng
thêm các môđun có sẵn
-Giao diện đồ họa

4

Không khả thi cho
các thiết kế lớn


Ưu, nhược điểm của các phương pháp cũ

Ưu điểm:
• Dễ áp dụng

Nhược điểm của thiết kế
• Qua thiết kế chỉ cho thấy được kết nối vật lý trong mạch mà không cho thấy chức năng của mạch

• Gặp khó khăn khi thiết kế các mạch phức tạp


Khi có FPGA và HDL
HDL (Hardware
Design Language):
ngôn ngữ thiết kế
phần cứng
Cho phép thiết kế các
mạch phức tạp.
Đọc thiết kế có thể
thấy được chức năng
của mạch dễ dàng
hơn.


Các bước thiết kế IC số sử dụng FPGA & VHDL
• Bước 1: Viết mã VHDL (Register
Transfer Level)
• Bước 2: Tổng hợp

• Biên dịch mã VHDL thành Netlist
• Tối ưu Netlist (về tốc độ/diện
tích) – mô phỏng thiết kế

• Bước 3: Xếp chỗ và nối dây

• Dùng phần mềm tạo layout cho
chip PLD/FPGA hoặc các mặt nạ
cho ASIC

Copyright (c) 10/2006 by NPB

7


Quy trình thiết kế
Viết mã HDL
Tổng hợp
Mô phỏng về chức năng

Gán chân
Phân tích và mô phỏng về
thời gian
Chuyển thiết kế lên chip
thật


Thiết kế sử dụng ngôn ngữ VHDL

9


6.2. Công nghệ FPAA
• FPAA: công nghệ thiết kế IC tương tự chuyên dụng (ASIC – Application Specific IC): bộ lọc, khuếch đại, thu
thập số liệu ….
• FPAA (Field Programmable Analog Arrays):

• FPAA bao gồm một số khối CAB (Configurable Analog Block), mỗi CAB bao gồm 1 bộ khuyêch
đại thuật toán, 1 mảng các tụ lập trình được và 1 mảng điện trở lập trình được và một hệ

thống các chuyển mạch
• Các phần tử sẽ được liên kết với nhau để tạo thành các IC tương tự chuyên dụng
• Cho phép lập trình (sử dụng các ngôn ngữ mô tả phần cứng AMS-VHDL - Analog Mixed
Signal VHDL) để tạo ra các cấu hình đi dây, liên kết, kết nối các phần tử trong chip FPAA

10


Cấu tạo chip FPAA

Bên trong 1 chip FPAA
11


Cấu tạo CAB

Bên trong một khối CAB
12


Thiết kế IC tương tự sử dụng schematic

Thiết kế trên phần mềm Anadigm Designer 2
13


Thiết kế sử dụng ngôn ngữ AMS-VHDL

14

6.3. Công nghệ PSOC
• PSoC (Programmable System On Chip): hệ thống khả trình trên một chip
• Cho phép thay đổi cấu hình của chip bằng cách thay đổi chức năng cho các khối tài nguyên có sẵn trên chip
• Cho phép kết nối mềm dẻo giữa các khối chức năng với nhau và giữa các khối chức năng và các cổng vào ra
• Cho phép tạo ra các vi điều khiển có cấu hình và sơ đồ chân theo yêu cầu

15


Cấu tạo chip PSoC
• Các khối ngoại vi số và tương tự có thể lập trình được
• Một bộ vi xử lý + bộ nhớ chương trình (EEPROM) + bộ nhớ RAM

• Chip PSoC phổ biến của hãng Cypress

16


17


Cấu tạo chip PSoC CY8C27xx
• Bộ vi xử lý kiến trúc Harvard

• Tần số tối đa 24Mhz
• Ngoại vi (có thể sử dụng độc lập hoặc kết hợp)

• Ngoại vi tương tự
•

•
•
•

ADC (có thể lên tới 14bit)
DAC (có thể lên tới 9 bit)
Bộ khuếch đại lập trình được
Bộ lọc và so sánh lập trình được

• Ngoại vi số

18


Cấu tạo chip PSoC CY8C27xx
• Ngoại vi số:

•
•
•
•
•
•

19

Bộ đếm, định thời
Khối điều chế độ rộng xung
UART
SPI

I2C
…


Môi trường phát triển
• Công cụ PSoC Designer: giao diện kéo thả trực quan
• Chip PSoC của hãng Cypress
• Mạch nạp chuyên dụng

20


PSoC Designer

21


Thảo luận

22