АЛО схемотехника Якунин (Методичка)
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации
Московский государственный институт электронной техники (технический университет)
_______________________________________________________
А.Н. Якунин
Схемотехника ЭВМ
Лабораторный практикум
Под редакцией профессора Н.В. Воробьева
Утверждено редакционно-издательским советом института
Москва 2010
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
УДК 681.32
Рецензент докт. техн. наук, доц. А.В. Гуреев
Якунин А.Н.
Схемотехника ЭВМ: Лабораторный практикум / Под ред. Н.В. Воробьёва. - М.: МИЭТ, 2010. - 132 с.:
ил.
Лабораторный практикум по курсу «Схемотехника ЭВМ» состоит из четырёх лабораторных работ, которые студенты выполняют в среде автоматизированного проектирования MAX+PLUS II.
Практикум предназначен для студентов факультета МПиТК МИЭТ, обучающихся по специальности 230101 65, а также может быть полезен для студентов других специальностей факультета и колледжа.
© МИЭТ, 2010
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Содержание
Краткие сведения о среде разработки MAX+PLUS II
Процесс разработки Запуск MAX+PLUS II Менеджер MAX+PLUS II
Приложения MAX+PLUS II
Конструкторские файлы, вспомогательные файлы и проекты
Конструкторские файлы Вспомогательные файлы
Проект Справочная система
Начало проектирования
Общие особенности проектирования MAX+PLUS II Графический редактор Редактор временных диаграмм
Компилятор MAX+PLUS II
Обнаружение ошибок и нахождение места их возникновения Анализ проекта
Лабораторная работа № 1. Комбинационные схемы
Лабораторная работа № 2. Триггерные устройства
Лабораторная работа № 3. Регистры
Лабораторная работа № 4 Счётчики
Литература
3
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Краткие сведения
о среде разработки MAX+PLUS II
САПР Multiple Array MatriX Programmable Logic User System (MAX+PLUS II) предоставляет пользователю многоплатформенную, архитектурно-независимую среду разработки, легко адаптирующуюся к нуждам разработчика. Программное обеспечение MAX+PLUS II (рис.1) является интегрированным пакетом для синтеза логики на базе серий программируемых логических интегральных схем фирмы Altera (MAX 500, MAX 7000, MAX
9000, FLEX 6000, FLEX 8000, FLEX 10K и др).
MAX+PLUS II предоставляет полный спектр возможностей для разработки: множество методов проектирования, мощный логический синтез, компиляцию, функциональное и временное моделирование (симуляцию), связанное моделирование (симуляцию) нескольких устройств, временной анализ, автоматическое обнаружение ошибок, программирование, конфигурирование и проверку ПЛИС.
MAX+PLUS II обрабатывает файлы языка AHDL (Altera Hardware Description Language), стандартные фай-
лы EDIF, Verilog HDL, VHDL, схемотехнические файлы OrCad. Кроме этого, MAX+PLUS II читает файлы Xilinx и сохраняет файлы в формате SDF (Standard Delay Format).
Рис.1. Среда разработки MAX+PLUS II
MAX+PLUS II имеет богатый графический интерфейс, дополненный иллюстрированной справочной системой. Полный пакет MAX+PLUS II включает 11 интегрированных приложений (рис.2).
4
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Рис.2. Приложения MAX+PLUS II
Многие команды, такие как открытие файлов, выполняются несколькими приложениями MAX+PLUS II, поэтому, изучив одно приложение, легко понять другие. Конструкторские редакторы и вспомогательные редакторы также выполняют многие действия сходным образом. Можно комбинировать несколько типов файлов разработки в иерархическом проекте, выбирая наилучший формат для каждого функционального блока. Программа имеет интуитивно понятный интерфейс.
Процесс разработки
Процесс разработки в упрощённой форме может быть представлен следующим образом.
1.Создаётся новый файл схемы либо иерархия из нескольких таких файлов в любой комбинации с помощью редакторов MAX+PLUS II (графического, текстового, редактора временных диаграмм).
2.Устанавливается название проекта по имени файла наивысшего уровня.
3.Определяется семейство ПЛИС, используемых в проекте, причём можно либо назначить ПЛИС самостоятельно, либо позволить это выполнить компилятору.
4.Открывается окно компиляции MAX+PLUS II и с помощью кнопки Start производится компиляция проекта. При желании можно подключить модуль Timing SNF Extractor, в результате чего создаётся файл списка соединений для временного моделирования и временного анализа.
5.Если проект скомпилирован успешно, можно произвести симуляцию (моделирование) и временной ана-
лиз.
Для того чтобы произвести временной анализ, необходимо открыть окно Анализатора Времен MAX+PLUS II (Timing Analyzer), выбрать режим анализа и нажать кнопку Start.
5
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Для того чтобы произвести симуляцию, необходимо создать вектор входных сигналов либо в файле Simulator Channel File (.scf) с помощью редактора временных диаграмм (Waveform Editor), либо в файле Vector File (.vec) с помощью текстового редактора. Затем следует открыть окно моделирования (симуляции)
MAX+PLUS II и нажать кнопку Start.
6.Открывается окно программирования MAX+PLUS II. Программируемая ПЛИС либо вставляется в программатор (Matser Programming Unit – MPU), либо к ней подсоединяется один из кабелей-загрузчиков:
BitBlaster, ByteBlaster или FLEXDownLoad.
7.Нажимается кнопка ProgRAM для того, чтобы запрограммировать ПЛИС, конфигурация которых определяется внутренним ПЗУ (EPROM или EEPROM), либо нажимается кнопка Configure для конфигурации ПЛИС, выполненной по технологии SRAM.
Запуск MAX+PLUS II
Запуск MAX+PLUS II производится одним из следующих двух способов:
-двойным щелчком левой кнопки мыши на значке MAX+PLUS II;
-набором MAX2win <Enter> в командной строке.
В результате открывается окно менеджера MAX+PLUS II (рис.3)
Рис.3. Окно менеджера MAX+PLUS II
6
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Менеджер MAX+PLUS II
Окно менеджера MAX+PLUS II открывается автоматически при запуске MAX+PLUS II. С помощью меню MAX+PLUS II, показанного на рис.4, можно запускать все приложения MAX+PLUS II.
Рис.4. Меню MAX+PLUS II в окне менеджера
Команды, доступные из меню менеджера MAX+PLUS II, также доступны и во всех других приложениях MAX+PLUS II. Например, команды, позволяющие открывать файл, компилировать и моделировать текущий проект или перейти к другому проекту.
Приложения MAX+PLUS II
Пакет MAX+PLUS II состоит из 11 приложений и менеджера. Одновременно активными могут быть несколько приложений, и можно переключаться между ними с помощью одного щелчка мыши или с помощью команды меню. В то же время можно выполнять одно из фоновых приложений - компилятор, симулятор, анализатор времени или программатор. Одинаковые команды в разных приложениях облегчают задачу разработчика.
В табл.1 описаны приложения MAX+PLUS II и показаны соответствующие им значки.
7
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Таблица 1
Приложения MAX+PLUS II |
|
|
|
Значок |
Приложение |
|
|
Окно иерархии показывает текущую иерархию фай- |
|
лов в виде дерева с «ответвлениями», представляю- |
|
щие файлы нижнего уровня. Беглого взгляда доста- |
|
точно, чтобы определить, содержит ли данный файл |
|
схему, текст или временную диаграмму, какие файлы |
|
в текущий момент открыты, а также какие служеб- |
|
ные файлы доступны в текущем проекте. Можно от- |
|
крывать и закрывать файлы, назначать им ресурсы |
|
прямо в дереве иерархии. |
|
|
|
Графический |
редактор позволяет осуществлять |
сборку схемы в режиме WYSIWYG (what-you-see-is- |
|
what-you-get: что видишь, то и получаешь). В качест- |
|
ве базовых блоков можно использовать примитивы |
|
(логические элементы, буфера и т.п.), мегафункции и |
|
макрофункции фирмы Altera либо самостоятельно |
|
разработанные примитивы. |
|
|
|
Редактор примитивов позволяет редактировать су- |
|
ществующие и создавать новые примитивы. |
|
Текстовый редактор позволяет создавать и редактировать текстовые файлы проекта, написанные на языках AHDL, VHDL и Verilog HDL. С помощью текстового редактора можно также создавать, просматривать и редактировать файлы в кодировке ASCII, используемые другими приложениями MAX+PLUS II. Хотя можно создавать файлы для описанных выше языков и с помощью других редакторов, редактор MAX+PLUS II позволяет использовать преимущества справочной системы, системы выделения цветом разных синтаксических конструкций, а также шабло-
нов AHDL, VHDL и Verilog HDL.
Редактор временных диаграмм выполняет двой-
ную роль: служит инструментом для описания поведения схем, а также используется для ввода тестовых сигналов и просмотра результатов моделирования (симуляции).
8
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Редактор общей топологической структуры по-
зволяет назначать логическим элементам выводы ПЛИС и ресурсы логических ячеек в графической среде. Можно редактировать расположение выводов ПЛИС и индивидуально назначать сигналы логическим ячейкам в блоках логических ячеек. Также можно просматривать результаты последней компиляции.
Компилятор обрабатывает проекты, предназначенные для устройств Altera Classic, MAX 5000, MAX
7000, MAX 9000, FLEX 6000, FLEX 8000, FLEX 10K и
др. Компилятор выполняет большинство задач автоматически. Тем не менее, можно настроить выполнение любого шага компиляции необходимым образом.
Симулятор позволяет проверить выполнение логических операций и произвести временной анализ работы схемы. Доступны следующие режимы: функциональное моделирование, временное моделирование и связанное моделирование нескольких устройств.
Анализатор времен анализирует производительность логической схемы после того, как она была синтезирована и оптимизирована компилятором.
Программатор позволяет программировать, конфигурировать, проверять и тестировать устройства.
Обработчик сообщений показывает ошибки, предупреждения и информационные сообщения, позволяет автоматически перейти к источнику возникновения сообщения в файлах проекта, вспомогательных файлах и файлах топологии.
На рис.5 показан экран с окнами иерархии, редактора временных диаграмм и справочной системы
MAX+PLUS II.
9
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Рис.5. Несколько приложений MAX+PLUS II и справочная система
Конструкторские файлы, вспомогательные файлы и проекты
Прежде чем приступить к работе с MAX+PLUS II, следует понять разницу между файлами схем, вспомогательными файлами и проектами.
Конструкторские файлы
Конструкторский файл - это графический, текстовый файл или файл временных диаграмм, созданный с помощью соответствующих редакторов MAX+PLUS II, либо другой стандартный схемотехнический или текстовый файл (EDIF, VHDL или Verilog HDL netlist). Этот файл содержит логику схем для проектов MAX+PLUS II и компилируется с помощью компилятора. Компилятор может автоматически обрабатывать следующие файлы проекта:
-графические (.gdf);
-текстовые формата языка AHDL (.tdf);
-временных диаграмм (.wdf);
-текстовые формата языка VHDL (.vhd);
-текстовые формата языка Verilog (.v);
-схемотехнические OrCad (.sch);
-входные файлы формата EDIF (.edf);
-списка соединений Xilinx (.xnf);
-конструкторские файлы Altera (.adf);
-конечных автоматов (.smf).
10
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com