вопросыпокристалам

Вопросы для подготовки к экзамену по дисциплине «Основы разработки систем на кристалле»

1. Встраиваемые системы. Классификация встраиваемых систем.

Встраиваемые вычислительные системы – это специализированные вычислительные системы (ВС), которые взаимодействуют с объектом контроля или управления и объединенные с ним единой конструкцией.

Встроенные системы разделяют на категории:

 Системы измерения.

 Системы автоматического управления (САУ).

 Системы передачи данных.

 Системы управления объектами.

 Автопилоты самолетов, автомобилей, морских судов.

 Мобильных телефонов.

 Специального медицинского оборудования.

 Игровых приставок.

 Цифровых музыкальных инструментов.

 Систем управления оружием.

 Сетевого оборудования

2. Определение Системы на кристалле.

Систе́ма на криста́лле (SoC) — электронная схема, выполняющая функции целого устройства и размещённая на одной интегральной схеме.

3. Процесс разработки SoC.

Весь процесс разработки SoC делится на четыре этапа:

• разработка архитектуры SoC на системном уровне;

• выбор имеющихся IP-блоков из базы данных (внутри фирмы, других фирм или поставщиков IP-блоков);

• проектирование оставшихся блоков;

• интеграция всех блоков на кристалле.

4. Архитектура процессора.

Архитектура процессора — это совокупность главных принципов его конструирования, общая схема расположения деталей на кремниевом кристалле и схема взаимодействия программного обеспечения с чипом. Если еще более упрощенно, то архитектура — это схема, по которой устроен процессор.

5. Простые последовательные процессоры.

Последовательный процессор - это тип процессора, используемый системами, в которых центральный процессор (ЦП) одновременно выполняет только одну операцию на уровне машины. Этот термин часто используется в отличие от параллельного процессора, который имеет более одного процессора для параллельной обработки.

6. Конвейерный процессор.

Конвейерные процессоры - современные процессоры, использующие конвейерный принцип обработки информации, что позволяют обрабатывать более одной команды одновременно.

Этот принцип подразумевает, что в каждый момент времени процессор работает над различными стадиями выполнения нескольких команд, причем на выполнение каждой стадии выделяются отдельные аппаратные ресурсы. По очередному тактовому импульсу каждая команда в конвейере продвигается на следующую стадию обработки, выполненная команда покидает конвейер, а новая поступает в него.

7. ILP (параллелизм на уровне инструкций).

Параллелизм на уровне команд (ILP) является мерой того, какое множество операций в компьютерной программе может выполняться одновременно. Потенциальное совмещение выполнения команд называется «параллелизмом на уровне команд».

8. Основные этапы (уровни) проектирования SoC. Системный уровень проектирования.

В общем маршруте проектирования можно выделить три больших этапа, или уровня проектирования, а именно:

• системный уровень, где производится определение и спецификация основных функций проектируемой системы, создание исполняемой системной модели, анализ алгоритмов, протоколов, сценариев работы и общих функциональных характеристик;

• функциональный уровень, связанный с разработкой спецификаций функциональных блоков на языках высокого уровня описания аппаратуры – Verilog или VHDL, их верификацией, переходом в элементный базис производителя микросхем средствами логического синтеза;

• уровень проектирования топологии, где выполняется реализация проекта на физическом уровне с детальным размещением, трассировкой, генерацией тестовых структур и верификацией топологии

9. Функциональный уровень проектирования SoC.

функциональный уровень, связанный с разработкой спецификаций функциональных блоков на языках высокого уровня описания аппаратуры – Verilog или VHDL, их верификацией, переходом в элементный базис производителя микросхем средствами логического синтеза;

10. Особенности проектирования SoC.

Основная особенность проектирования СнК — возможность использования достаточно широкой номенклатуры синтезируемых СФ-блоков, имеющихся на рынке и в свободном доступе, которые могут быть реализованы на базе различных функциональных библиотек и технологий и интегрированы в кристалл средствами современных САПР.

11. Классификация средств автоматизированного проектирования.

Основные критерии выбора САПР:

• функциональные возможности;

• наличие уникальных функций;

• стоимость;

• простота интерфейса и легкость обучения

По степени сложности объекта проектирования САПР делятся:

простые – до 100 составных частей, средней сложности – от 100 до 1000, сложные – от 1000 до 10 000, очень сложные – свыше 10 000 составных частей.

По уровню автоматизации проектирования САПР делятся: низкоавтоматизированные (до 25% проектных работ автоматизировано); среднеавтоматизированные (25%-50%); высокоавтоматизированные (свыше 50%).

По комплексности автоматизации, под которой понимается число выполняемых этапов проектирования, САПР делятся на: легкие, средние, тяжелые.

12. Этапы проектных процедур с использованием САПР.

Классификация типовых проектных процедур

Процедуры:

Синтеза

1. Структурный синтез:

 выбор структуры принципов

 выбор технических режимов

 формирование документации

2. Параметрический синтез:

• формирование технических требований устройства и назначение

• формирование параметров элементов

• идентификация математической модели.

Анализа

1. Одновариантный анализ:

 анализ статики

 анализ динамики

 анализ частотной области

 анализ устойчивости

2. Многовариантный анализ:

 чувствительность

 статистический анализ

 расчет зависимостей

 расчет выходных параметров

13. Маршруты проектирования ПЛИС

(хз это ли маршрут, но вот что-то)

В процессе разработки цифровых устройств на базе ПЛИС Xilinx в общем случае можно выделить следующие этапы:

· создание нового проекта (выбор семейства и типа ПЛИС, а также средств синтеза);

· подготовка описания проектируемого устройства в схемотехнической, алгоритмической или текстовой форме;

· синтез устройства;

· функциональное моделирование;

· размещение и трассировка проекта в кристалле;

· временное моделирование;

· программирование ПЛИС (загрузка проекта в кристалл).

14. Выбор процессора для SoC.

В инете про процессоры для телефонов написано только, хз как это искать

15. Структурная схема систем на кристалле. Варианты реализации систем на кристалле.

16. Особенности процессоров Soft-Core.

17. Основные понятия в процессорной архитектуре. Набор команд. Соглашения о наборе команд.

18. Машинный язык.

19. Прерывания и исключения.

20. Микроархитектура.

21. Конфликты конвейера. Разрешение конфликтов.

22. Многопоточность и мультипроцессорность.

23. Soft и hard процессоры: процессор в качестве IP.

24. Целые двоичные числа со знаком.

25. Арифметико-логическое устройство (АЛУ).

26. Устройство сдвига.

27. Двоичные числа с фиксированной точкой.

28. Двоичные числа с плавающей точкой.

29. Проблема подсистемы памяти. Иерархия памяти. Локальность.

30. Матрицы памяти.

31. Типы памяти.

32. Логические функции и ПЗУ (ROM). Многопортовая память.

33. Матрицы логических элементов. Программируемые логические матрицы.

34. Матрицы логических элементов. Программируемая пользователем матрица логических элементов.

35. Кэш-память.

36. Ввод-вывод, отображённый в память. Аппаратная реализация ввода-вывода, отображённого в память.

37. Архитектура микропроцессорного ядра MicroBlaze.

38. Конвейерный регистр команд микропроцессорного ядра MicroBlaze.

39. Прерывания микропроцессорного ядра MicroBlaze.

40. Кэш память микропроцессорного ядра MicroBlaze.

41. Назначение и структура регистра статуса.

42. Шинные интерфейсы микропроцессорного ядра MicroBlaze. Конфигурация 1.

43. Шинные интерфейсы микропроцессорного ядра MicroBlaze. Конфигурация 2.

44. Шинные интерфейсы микропроцессорного ядра MicroBlaze. Конфигурация 3.

45. Шинные интерфейсы микропроцессорного ядра MicroBlaze. Конфигурация 4.

46. Шинные интерфейсы микропроцессорного ядра MicroBlaze. Конфигурация 5.

47. Шинные интерфейсы микропроцессорного ядра MicroBlaze. Конфигурация 6.

48. Распределение адресного пространства памяти ядра MicroBlaze. Распределение адресного пространства памяти ядра MicroBlaze.

49. Организация хранения данных в памяти и регистрах общего назначения ядра MicroBlaze.

50. Общая характеристика команд MicroBlaze. Форматы команд поддерживаемых микропроцессорным ядром MicroBlaze.

51. Протокол AXI.

52. AXI Interconnect. Прямое соединение. Только преобразование.

53. AXI Interconnect. Межсоединение N-к-1. Межсоединение 1-к-N.

54. AXI Interconnect. Межсоединение N-к -M.