МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

УЖГОРОДСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІНЖЕНЕРНО-ТЕХНІЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА КОМП’ЮТЕРНИХ СИСТЕМ ТА МЕРЕЖ

СИСТЕМА АВТОМАТИЗОВАНОГО ПРОЕКТУВАННЯ

MAX+PLUS II

Методичний посібник

Для студентів 4-го курсу інженерно-технічного факультету,

спеціальність «Комп’ютерні системи та мережі»

Ужгород - 2008

Методичний посібник з курсу «Автоматизація проектування

комп’ютерних систем» для студентів 4-го курсу інженерно-технічного факультету,

спеціальність «Комп’ютерні системи та мережі»

Укладач: Король І.Ю., канд.. фіз..-мат. наук, доцент

Рецензенти:

ЗМІСТ

ВСТУП……………………………… ……………...………………......… 3

1. ТЕОРЕТИЧНАЧАСТИНА……………………………………………... 8

1.1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ...…………………………………………….… 8

1.2. РЕДАКТОРИ MAX+PLUS II...………………………………………… 10

1.2.1. ГРАФІЧНИЙ РЕДАКТОР…………………………………………. …. 10

1.2.2. СИМВОЛЬНИЙ РЕДАКТОР………………………………………… 12

1.2.3. ТЕКСТОВИЙ РЕДАКТОР……………………………………………. 12

1.2.4. СИГНАЛЬНИЙ РЕДАКТОР…………………………………………… 13

2.ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ…………………………………… 14

2.1. СТВОРЕННЯ НОВОГО ФАЙЛУ……………………………………… 14

2.2. ПРОЦЕС КОМПІЛЯЦІЇ...……………………………………………….. 17

2.3. МОДЕЛИРОВАНЕ...…………………………………………………… 18

2.4. АНАЛІЗ ЧАСОВИХ ЗАТРИМОК……………………………………….. 21

2.5. СТВОРЕННЯ БІБЛІОТЕКИ...…………………………………......…… 21

2.6. СТВОРЕННЯ СИМВОЛУ...……………… ……………… …… …… 22

2.6. ОЗНАЙОМЛЕННЯ З РОБОТОЮ ПО СТВОРЕННЮ ОПИСУ

СХЕМИ НА МОВАХ AHDL, VHDL, Verilog HDL.................................. 22

2.7. ПЕРЕГЛЯД ФАЙЛІВ ПРОЕКТУ................................................................22

ЛІТЕРАТУРА...............................................................................................23

ВСТУП

Протягом останніх років, для багатьох розроблювачів цифрової апаратури стало ясно, що програмувальні логічні інтегральні схеми (ПЛІС) - зручна в освоєнні й застосуванні елементна база, альтернативи якої найчастіше не знайти. Останні роки характеризуються різким ростом щільності впакування елементів на кристалі. Багато провідних виробників або почали серійне виробництво, або анонсували ПЛІС із еквівалентною ємністю більше 1 мільйона логічних вентилів.

ІС ПМЛ (PLD) мають архітектуру, досить зручну для реалізації цифрових автоматів. Розвиток цієї архітектури - програмувальні комутуючі матричні блоки, (ПКМБ) - це ПЛІС, що містять кілька матричних логічних блоків (МЛБ), об'єднаних комутаційною матрицею. Кожен МЛБ являє собою структуру типу ПМЛ, тобто програмувальну матрицю “І”, фіксовану матрицю “АБО” і макроосередки. ПЛІС типу ПКМБ, як правило, мають високий ступінь інтеграції (до 10000 еквівалентних вентилів, до 256 макроосередків). До цього класу відносяться ПЛІС сімейства МАХ5000 і МАХ7000 фірми “Altera”, схеми ХС7000 і ХС9500 фірми “Xilinx”, а також велика кількість мікросхем інших виробників (“Atmel”, “Vantis”, “Lucent” й ін.). У закордонній літературі вони одержали назву Complex Programmable Logic Devices (CPLD).

Інший тип архітектури ПЛІС — програмувальні вентильні матриці (ПВМ), що складаються з логічних блоків (ЛБ) і комутуючих шляхів - програмувальних матриць з'єднань. ДО ПВМ класу відносяться ПЛІС ХС2000, ХСЗООО, ХС4000, Spartan, Virtex фірми “Xilinx”, ACT1, АСТ2 фірми “Actel”, а також сімейства FLEX8000 фірми “Altera”, деякі ПЛІС “Atmel” й “Vantis”.

У даному методичному посібнику розглядаються питання проектування пристроїв обробки інформації на базі ПЛІС фірми “Altera”.

Фірма “Altera Corporation” була заснована в червні 1983 року. У цей час High-end (високотехнологічним) продуктом цієї фірми є сімейство ПЛІС АРЕХ20К.

Додатковим фактором при виборі ПЛІС “Altera” є наявність достатньо розвинених безкоштовних версій систем автоматизованого проектування (САПР). У таблиці наведені основні характеристики пакета MAX+PUJS II BASELINE ver. 9.3 фірми “Altera”, який можна безкоштовно “скачати” із сайту або одержати на CD “Altera Digital Library”, на якому міститься також і повний набір документації по архітектурі й застосуванню ПЛІС.

Основні характеристики пакета MAX+PLUS II BASELINE ver. 9.3

Підтримувані пристрої	EPF10K10, EPF10K10A, EPF10K20, EPF10K30, EPF10K30A, EPF10K30E (до 30000 еквівалентних вентилів), ЕРМ9320, ЕРМ9320А, EPF8452A, EPF8282A, МАХ7000, FLEX 6000, MAX 5000, MAX 3000A, Classic
Засоби опису проекту	Схемне введення, підтримка AHDL, засоби інтерфейсу із САПР третіх фірм, топологічний редактор, ієрархічна структура проекту, наявність бібліотеки проектованих модулів
Засоби компіляції проекту	Логічний синтез і трасування, автоматичне виявлення помилок, підтримка мегафункцій з програм MegaCore й АМРР
Засоби верифікації проекту	Часовий аналіз, функціональне й часове моделювання, аналіз сигналів, можливість використання програм моделювання (симуляторів) третіх фірм

Нижче наводиться деякі сімейства ПЛІС, які становлять структурний базис MAX+PLUS II:

Classic (ЕР220, EP320I, EP600I. ЕР610, EP6I01, EP900I..EP910, EP910I, ЕР18001, ЕР1810);

МАХ 5000 (ЕРМ5016, ЕРМ5032. ЕРМ5064, ЕРМ5128, ЕРМ5128А, ЕРМ513ПРО, ЕРМ5192, EPS464);

МАХ 7000 (ЕРМ7032, EPM7032S, EPM7032V, ЕРМ7064, EPM7064S, ЕРМ7096, ЕРМ7128Е, EPM7128S, ЕРМ7160Е, ЕРМ7192Е, EPM7192S, ЕРМ7256Е, EPM7256S);

МАХ 9000 (ЕРМ9560, ЕРМ9480, ЕРМ9400, ЕРМ9320);

FLEX 8000 (EPF8282A, EPF8282V, EPF8452A, EPF8636A, EPF8820A, EPF81188A, EPF81500A);

FLEX 10K (EPF10K100, EPF10K70, EPF10K50, EPF10K40, EPFI0K30, EPF10K20, EPF10K10);

FLASHlogic (EPX8160, EPX880, EPX780, EPX740);

До останнього часу MAX+PLUS II являється єдиною системою проектування пристроїв на ПЛІС Alters. Тільки в 1999 році з'явилася система проектування нового покоління Quartus, призначена для розробки пристроїв на ПЛІС АРЕХ20К. Програмне забезпечення системи MAX+PLUS II, що представляє собою єдине ціле, забезпечує керування користувачем середовищем логічного проектування і допомагає досягти максимальної ефективності й продуктивності. Всі пакети працюють як на платформі IBM PC, так і на платформах SUN, IBM RISC/6000 і НР9000. Надалі ми будемо розглядати роботу на платформі IBM PC.

Під час інсталяції системи MAX+PLUS II створюються два каталоги: \maxplus2 і \max2work. Каталог \maxplus2 розбитий на підкаталоги, в яких міститься системне ПО і файли даних.

Каталог \max2work також розділяється на підкаталоги, в яких містяться файли навчальної програми і приклади.

Назва системи MAX+PLUS II є абревіатурою від Multiple Array Matrix Programmable Logic User System (Користувальницька система програмування логіки впорядкованих структур). Система MAX+PLUS II розроблена фірмою Altera і забезпечує багатоплатформне архітектурно незалежне середовище створення дизайну, що легко пристосовується для конкретних вимог користувача. Система MAX+PLUS II має засоби зручного введення дизайну, швидкого прогону й безпосереднього програмування пристроїв.

Склад програмного забезпечення системи MAX+PLUS II є повним комплектом, що забезпечує створення логічних дизайнів для пристроїв фірми Altera із програмованою логікою, у тому числі сімейства пристроїв Classic, MAX 5000, MAX 7000, MAX 9000, FLEX 6000, FLEX 8000 й FLEX 10K. Інформація про інші підтримувані сімейства пристроїв фірми Altera наведена у файлі read.me у системі MAX+PLUS II.

Система МАХ+PLUS II пропонує повний спектр можливостей логічного дизайну: різноманітні засоби опису проектів з ієрархічною структурою, потужний логічний синтез, компіляцію із заданими часовими параметрами, поділ на частини, функціональне й часове тестування (симуляцію), тестування декількох зв'язаних пристроїв, аналіз часових параметрів системи, автоматичну локалізацію помилок, а також програмування й верифікацію пристроїв. У системі MAX+PLUS II можна як читати, так і записувати файли мовою AHDL і файли трасування у форматі EDIF, файли на мовах опису апаратури Verilog HDL й VHDL, а також схемні файли OrCAD. Крім того, система MAX+PLUS II читає файли трасування, створені за допомогою ПО Xilinx, і записує файли затримок у форматі SDF для зручності взаємодії з пакетами, що працюють із іншими промисловими стандартами.

Система MAX+PLUS II пропонує користувачеві багатий графічний інтерфейс, доповнений ілюстрованою оперативною довідковою системою. У повну систему MAX+PLUS II входять 11 вбудованих у систему додатків. Сукупність ієрархічно зв'язаних файлів проекту Design file називається проектом (project).

Можливий опис проекту Design Entry у вигляді файлу мовою опису апаратури, створеного або в зовнішньому редакторі, або в текстовому редакторі MAX+PLUS II (Text Editor), у вигляді схеми електричної принципової за допомогою графічного редактора Graphic Editor, у вигляді часової діаграми, створеної в сигнальному редакторі Waveform Editor. Для зручності роботи зі складними ієрархічними проектами кожному піддизайну може бути зіставлений символ, редагування якого здійснюється за допомогою графічного редактора Symbol Editor. Розміщення вузлів по ЛБ і виводах ПЛІС виконують за допомогою порівневого планувальника Floorplan Editor.

Верифікація проекту (Project verification) виконується за допомогою симулятора (simulator), результати роботи якого зручно переглянути в сигнальному редакторі Waveform Editor. Тестові впливи створюються також у сигнальному редакторі.

Компіляція проекту, включаючи вибірку списку з'єднань (Netlist Extractor), побудова бази даних проекту (Data Base Builder), логічний синтез (logic synthesis), вибір часових, функціональних параметрів проекту (SNF Extractor), розбивка на частини (Partloner), трасування (Fitter) і формування файлу програмування або завантаження (Assembler) виконуються за допомогою компілятора системи (Compiler).

Безпосереднє програмування або завантаження конфігурації пристроїв з використанням відповідного апаратного забезпечення виконується з використанням модуля програматора (Programmer).

Багато характерних рис і команд - такі, як відкриття файлів, введення призначень пристроїв, виводів і логічних елементів, компіляція поточного проекту - схожі для багатьох додатків системи MAX+PLUS II. Редактори для розробки проекту (графічний, текстовий і сигнальний) мають багато спільного з допоміжними редакторами (порівневого планування й символьним). Кожен редактор розробки проекту дозволяє виконувати схожі завдання (наприклад, пошук сигналу або символу) схожим способом. Можна легко комбінувати різні типи файлів проекту в ієрархічному проекті, вибираючи для кожного функціонального блоку той формат опису проекту, що більше підходить. Велика бібліотека, що поставляється фірмою Altera, мега- і макрофункцій, у тому числі функції з бібліотеки параметризованих моделей (LPM), забезпечує широкі можливості введення дизайну.

Можна одночасно працювати з різними додатками системи MAX+PLUS II. Наприклад, можна відкрити кілька файлів проекту і переносити інформацію з одного в інший у процесі компіляції або тестування іншого проекту або наприклад, переглядати все дерево проекту й у вікні перегляду переміщатися з одного рівня на інший, а у вікні редактора буде з'являтися обраний вами файл, причому викликається автоматично відповідний редактор для кожного файлу.

Основою системи MAX+PLUS II є компілятор, що забезпечує потужні засоби обробки проекту, при цьому можна задавати потрібні режими роботи компілятора. Автоматична локалізація помилки, видача повідомлення й обширна документація про помилки прискорюють і полегшують проведення змін у дизайні. Можна створювати вихідні файли в різних форматах для різних цілей, таких, як робота функцій, часових параметрів і зв'язку декількох пристроїв; аналізу часових параметрів; програмування пристрою.

1. Теоретична частина

1. Загальні відомості

При запуску системи MAX+PLUS II автоматично відкривається її Головне вікно, меню якого охоплює всі додатки системи MAX+PLUS II (рис. 1)

Рис.1. Головне вікно системи MAX+PLUS II

У верхній частині вікна відображається ім'я проекту й поточного файлу проекту. Потім слідує рядок меню, під ним панель основних інструментів системи, що забезпечує швидкий виклик її компонентів. У нижній частині екрана розташовується рядок підказки.

Виклик компонентів системи зручно робити через вікно меню MAX+PLUS II, представлене на Рис. 2. Розглянемо його докладніше.

Рис. 2. Меню MAX+PLUS II

Система MAX+PLUS II містить 11 додатків і головну керуючу оболонку.

Перед тим як почати працювати в системі MAX+PLUS II, варто зрозуміти різницю між файлами проекту (design-file), допоміжними файлами й проектами.

Файл проекту — це графічний, текстовий або сигнальний файл, створений за допомогою графічного або сигнального редактора системи MAX+PLUS II або будь-якого іншого, який використовує промислові стандарти, схемному або текстового редактора, або за допомогою програми netlist writer, наявної в пакетах, що підтримують EDIF, VHDL і Verilog HDL. Цей файл містить логіку для проекту MAX+PLUS II і обробляється компілятором. Компілятор може автоматично обробляти наступні файли проекту:

— графічні файли проекту (.gdf);

— текстові файли проекту мовою AHDL (.tdf);

— сигнальні файли проекту (.wdf);

— файли проекту мовою VHDL (.vhd);

— файли проекту мовою Verilog (.v);

— схемні файли OrCAD (.sch);

— вхідні файли EDIF (edf);

— файли формату Xilinx Netlist (.xnf);

— файли проекту Alters (.adf);

— файли цифрового автомата (.smf).

Допоміжні файли — це файли, які пов'язані із проектом MAX+PLUS II, але не є частиною ієрархічного дерева проекту. Більшість таких файлів не містить опису логічних функцій проекту. Деякі з них створюються автоматично додатком системи MAX+PLUS II, інші — користувачем. Прикладами допоміжних файлів є файли призначень і конфігурації (.acf), символьні файли (.sym), файли звіту (.rpt) і файли тестових векторів (.vec).

Проект складається із всіх файлів ієрархічної структури дизайну, у тому числі допоміжних і вихідних файлів. Ім'ям проекту є ім'я файлу верхнього рівня без розширення. Система MAX+PLUS II виконує компіляцію, тестування, часовий аналіз і програмування відразу цілого проекту, хоча користувач може в цей час редагувати файли цього проекту в рамках іншого проекту. Наприклад, під час компіляції проекту project1 користувач може редагувати його файл проекту мовою AHDL (TDF-файл), що є також файлом проекту project2 і зберігати його; однак якщо він захоче компілювати його, потрібно буде спочатку задати ім'я project2 як ім'я проекту.

Для кожного проекту варто створювати окремий підкаталог у робочому каталозі системи MAX+PLUS II (\max2work).

У системі MAX+PLUS II легко доступні всі інструменти для створення логічного проекту. Розробка проекту прискорюється за рахунок наявних стандартних логічних функцій, у тому числі примітивів (стандартних елементів), мегафункцій, бібліотеки параметризованих модулів LPM і макрофункцій застарілого типу мікросхем 74 серії.

Схемні файли проекту створюються в графічному редакторі (Graphic Editor) MAX+PLUS II. Можна також відкрити, редагувати й зберігати схеми, створені схемним редактором OrCAD.

Проекти на мовах AHDL, VHDL і Verilog HDL створюються в текстовому редакторі (Text Editor) MAX+PLUS II або будь-якому іншому текстовому редакторі.

Сигнальні проекти створюються в сигнальному редакторі (Waveform Editor) MAX+PLUS II.

Схемні та тестові файли, створені в системі MAX+PLUS II (під ДОС) і програмних пакетах фірми Altera A+PLUS й SAM+PLUS можуть бути інтегровані в середовищі MAX+PLUS II.

Призначення фізичних ресурсів для будь-якого вузла або контакту в поточному проекті можуть бути введені в графічне середовище за допомогою порівневого планувальника (Floorplan Editor). Він зберігає для проекту призначення у файлі з разширенням. acf, у якому зберігаються всі типи призначень ресурсів, зонтів (Probes) і пристроїв (Devices) так само, як і конфігураційні установки (Assign) для компілятора, симулятора і часового аналізатора.