Detail předmětu

Digital Integrated Circuits Design

FEKT-BPA-NDIAk. rok: 2020/2021

Pokročilý návrh digitálních systémů v jazyce VHDL. Praktický návrh sekvenčních systémů a stavových automatů. Návrh periferií jako jsou PS2 rozhraní, VGA rozhraní a komunikačních rozhraní I2C, SPI apod. V rámci předmětu budou studenti realizovat projekt v podobě jednoduché hry implementovatelné do obvodu FPGA. Bude kladen velký důraz na metodiku návrhu a návrh jednotlivých bloků. Projekt se bude řešit ve skupinách, který musí být následně obhájen formou prezentace ve zkouškovém období.

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

5

Garant předmětu

doc. Ing. Lukáš Fujcik, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mikroelektroniky (UMEL)

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu:
- umí navrhnout komplexní kombinační a sekvenční obvody s využitím jazyka VHDL,
- je schopen podle zadaní logického systému definovat vstupní podmínky a blokové zapojení výsledného digitálního systému,
- je schopen navrhnout výsledný digitální obvod z definice popsané v katalogovém listu (komunikační sběrnice SPI, I2C, VGA řadič, PS2 protokol apod.),
- umí implementovat logický systém do programovatelného obvodu,
- je schopen verifikovat a vyhodnotit navržený logický systém.

Prerekvizity

Student, který si zapíše předmět, by měl:
- znát základní kombinační a sekvenční obvody a ručně je navrhnout
- popsat tyto digitální systémy s využitím jazyka VHDL
- z VHDL popisu nakreslit koncepční schéma digitálního systému
- znát teorii stavových automatů a jejich návrh
- znát metodiku synchronního návrhu
- umět pracovat s návrhovým systémem Xilinx

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky, cvičení na počítači a laboratoře. Předmět využívá e-learning (Moodle).

Způsob a kritéria hodnocení

Obhajoba projektu.
Podmínky pro úspěšné ukončení předmětu stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Osnovy výuky

1. VHDL, verifikace a simulace. Práce se slohami.
2. Návrh PS2 rozhraní pro klávesnici a myš.
3. Návrh VGA rozhraní – bloková struktura, časování.
4. Paměti v obvodech FPGA – rozdělení, použití.
5. Pokročilá syntaxe jazyka VHDL – parametrický návrh, využití typu RECORD apod.

Učební cíle

Předmět navazuje na povinný předmět BDIO z druhého ročníku. Předmět je mnohem komplexnější a studenti získají nové informace z oblasti návrhu digitálních systémů, zejména jak metodicky přistupovat k návrhu složitějšího digitálního systému. Cílem předmětu je naučit studenty pracovat samostatně na dílčím úkolu, vytvoření blokové struktury, následný popis těchto bloků a finální implementací do cílového obvodu.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Základní literatura

Pong P. Chu, FPGA Prototyping by VHDL Examples: Xilinx Spartan-3 Version, 2008, ISBN 978-0470185315 (EN)
RTL Hardware Design Using VHDL: Coding for Pong P. Chu, Efficiency, Portability, and Scalability, 2006, ISBN 978-0471720928 (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BPA-ELE bakalářský

    specializace BPA-ECT , 3 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Lukáš Fujcik, Ph.D.

Osnova

Druhy digitálních integrovaných obvodů.
Technologie bipolární, CMOS, BiCMOS.
Standardní IO, řady.
Obvody ASIC, konfigurovatelné obvody.
Základní funkční bloky digitálních IO.
Návrhové a simulační podpůrné prostředky.
Elektrická simulace, logická simulace.
Návrh rozmístění a propojení.
Jazyk VHDL.
Nové principy pro návrh a výrobu IO.
Měření a testování IO ve výrobě.
Mikromechanické struktury.
Ekonomické aspekty při návrhu a aplikacích integrovaných obvodů.

Cvičení na počítači

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Lukáš Fujcik, Ph.D.

Osnova

Nastavení návrhového prostředí, demo úloha.
Elektrická simulace digitálních obvodů.
Logická simulace, kritická cesta.
Analýza nejhoršího případu, hazardy.
Základní funkční bloky digitálních IO.
Standardní řady.
Programovatelné obvody.
Návrh rozmístění a propojení.
Jazyk VHDL - struktura a syntaxe.
Jazyk VHDL - statické a dynamické struktury.
Jazyk VHDL - komplexní příklad.
Testovatelnost.
Mikromechanické struktury.