Tutorial als PDF - CES

mit dem FPGA selbst einen Erweiterungs-Stecker mit 96 Pins, die direkt an
den FPGA angeschlossen sind. Für dieses Tutorial wird an den Erweiterungsstecker
eine sogenannte Indikatorplatine gesteckt, die mittels LEDs angelegte Werte
anzeigt. Im Anhang dieser Tutorials findet sich das Datenblatt der Platine.
1.3 Entwurfsablauf
Die Funktion der einzelnen Werkzeuge soll anhand des Entwurfs eines einfachen
Beispiels erläutert werden. Das Beispiel ist dabei so gewählt, dass möglichst
alle im Praktikum benötigten Funktionen angesprochen werden.
Abbildung 1.1 zeigt den allgemeinen Entwurfsablauf: Ausgangspunkt eines
Schaltungsentwurfes ist eine verbal formulierte Aufgabe. Der erste Entwurfsschritt
besteht in der Entwicklung der Struktur der zu erzeugenden Schaltung. Die
zur Lösung der Entwurfsaufgabe benötigten Module müssen in die Schaltung
eingefügt und miteinander verbunden werden. Danach sind die verwendeten
Module durch ihre jeweilige Verhaltensbeschreibung zu definieren.
Anschließend kann für die hierarchische Schaltungsbeschreibung durch Simulation
überprüft werden, ob das Verhalten der entworfenen Struktur der gegebenen
Aufgabe entspricht (ISE-Simulator). Ist dies nicht der Fall, müssen entweder
die Verhaltensbeschreibungen einzelner Module oder aber die gesamte Struktur
verändert werden.
Im folgenden zweiten Schritt wird aus der Verhaltens- und Strukturbeschreibung
mit Hilfe des Synthesewerkzeuges zunächst eine Gatterbeschreibung und
dann eine FPGA-Konfiguration generiert. Hierbei wird die Hierarchie des
Entwurfs aufgelöst, die Schaltung auf eine Chipfläche verteilt und dann
verdrahtet. Das erzeugte Layout dient als Grundlage für den Herstellungsprozess
des Chips.
Bevor dieser jedoch gefertigt wird, kann mit einer Post-Synthese-Simulation
(erneut wird der ISE Simulator verwendet) das Verhalten der Schaltung
getestet werden. In diesem Simulationsschritt wird die Schaltung auf dem
hardwarenächsten Niveau getestet und alle Randbedingungen, die zum Synthesezeitpunkt
bekannt sind, fließen in die Simulation mit ein. So kann überprüft werden, ob
die Schaltung immer noch die gestellte Aufgabe löst. Gegebenenfalls müssen
Schaltungselemente neu platziert oder die Verdrahtung geändert werden. Die
letzte Stufe des Entwurfs bilden die Fertigung und das Testen des Prototyps.
1.4 Entwurfsbeispiel
Es soll eine synchrone Schaltung entworfen werden, die den größten gemeinsamen
Teiler zweier positiver 8-bit-Zahlen IN1 und IN2 berechnet und das Ergebnis
mit einer vorgegebenen Zahl COMP vergleicht.
Nach jedem Reset (RESET ’1’-aktiv) soll das Signal RES OK logisch 0 sein.
Die Berechnung soll beginnen, sobald das Signal RESET logisch 0 wird, und
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