Luận văn nghiên cứu thiết kế modul giảng dạy fpga luận văn thạc sĩ

Với mục đích không ngừng đáp ứng các nhu cầu của xã hội, hiện nay các môn học về thiết kế hệ thống số dã và dang được dưa vào giảng dạy tại các trường Cao đẳng và Đại học, việc liếp cận

TRUONG DAI HOC BACH KHOA HA NỘI

BÒ QUỐC BẢO

NGHIEN CUU MODUL GIANG DAY FPGA

LUAN VAN TIIAC si

NGANH XU LY THONG TIN VA TRUYEN THONG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN:

TS NGUYEN LINII GIANG

Ha Nai, 2005

Đề Quốc Bảo 2- Iép CH ALTISTT 2003

LOI CAM BOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn này là kết quá nghiên cứu của bắn thân dưới sự hướng dẫn của 'I8 Nguyễn Linh Giang Mếu có gì sai phạm, tôi xin

hoàn toần chịu trách nhiệm

Người lầm cam doan

Bỏ Quốc Bão

12 SỰ RA ĐỜI CỦA CÔNG NGHỆ ASIC

Nhằm cái thiện tính linh hoạt của các IC và nâng cao chất lượng ngành công

nghiệp sản xuất IC:, IHEH, đã tổ chức các hội thảo về các 1C "theo đơn đặt hàng” CÍCC (Custom Tntegrated Cireuil Conferenee) Theo đồ, có nhiều kiểu IC dang

“theo đơn đặt hàng” khác nhau được đưa ra nhằm giải quyết cho nhiều mục đích

ứng dụng cụ thể chuyên biệt Từ dây, xuất hiện một thuật ngữ mới và chính thức

được sử dụng đó là: Application - Specific IC, hay viet t&t IA ASIC Hién nay,

IEEE thutng xuyên tổ chức định kỳ các hội thảo cấp quốc lế về ASIC, nhằm điều

chỉnh và nâng cao các ưu điểm cũng như tính thuận tiện và đưa ra các công nghệ

tiên tiến của các hãng sân xuất ASïC khác nhau và phân loại chúng thành nhiều

chủng loại IC theo đơn đạt hàng Mac dù để định nghĩa được chính xác ASIC I rất khó, song chúng ta coi như đó là một thuật ngữ đã được công nhận chính thức

trung ngành công nghiệp IC

Định nghĩa tiếng Anh của thuật ngữ ÁSIC Ihco IEEE 12/1999 như sau: “ASIC

stands for Application Specitic integrated Circuits An ASIC is custom tailored IC

that perfoms a specitic task for specific application” tam dich la “ASIC 1a viét tat cia tir Application Specific Integrated Circuits, nghia IA cde mạch tích hợp ứng

dụng chuyên biệt - hoặc ngắn gợn hơn 14 “IC chuyén dụng” Tuy nhiên, nhiều

nhà “ASIC hợc” vấn quen gợi là các “TC dùng chơ mục dích của khách hàng” hoặc

là các “IC được thiết kế đặc biệt theo yêu cầu của khách hàng”

Ví dụ về các IC không phải là ASIC theo yêu cầu bao gồm các loại sau:

các chip nhớ như ROM, DRAM, và SRAM; các bộ phận xử lý các IC họ

TTL va tương dương theo công nghé SSI, MSI va LSI

Còn các IC thude ding ASIC bao gồm: các chíp dùng trung công nghiệp

giải trí; các chíp dùng trong công nghiệp vệ tính, vũ trụ, các chíp được thiết kế

dùng để giao tiếp giữa bộ vi xử lý đối với các CPU của các má

trạm làm việc và các chip chứa bộ vi xử lý bên trong cùng với các phần tử logic khắc

Theo quy tắc chúng, một IƠ có thể không phải là ASIC, nhưng đôi khi cổ những trường hợp ngoại lệ Vi dy, mot IC là chip điều khiển đối với PC và một IC

là chịp diều khiển MODEM Cả hai đều là các IC ứng dụng chuyên biệt (giống như ASIC) nhưng cả hai đều có một số điểm khác khi sử dụng vào những hệ thống khác, Ùo vậy, người ta chia họ ASIC thành ba thành viên chính: Cell based ICs

Đề Quốc Bảo “6 Iép CH ALTISTT 2003

LOT NOT DAU

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, việc tự động hoá thiết kế

các mạch diện tử đồng một vai trồ quan trọng trong việc thúc dẩy sự phát triển

kỹ thuật tính toần Từ những năm 50 của thế kỷ trước, quá trình phát triển của

kỹ thuật điện tử đã trải qua nhiễu giai đoạn: từ những bóng đèn điện tử đến những bóng bán dẫn, qua những mạch tích hợp nhỏ rồi tới những mạch với độ

tích hợp lớn và siêu lớn Những mạch tích hợp loại này có thể chứa hàng triệu linh kiện bán dẫn trên một mạch Ví dụ điển hình là các bộ vi xử lý Việc thiết

u lớn không thể thực hiện một cách

kế những mạch cổ độ lích hợp lớn và s

thủ công, mà phải có sự giúp đỡ của máy tính

Với mục đích không ngừng đáp ứng các nhu cầu của xã hội, hiện nay các

môn học về thiết kế hệ thống số dã và dang được dưa vào giảng dạy tại các trường Cao đẳng và Đại học, việc liếp cận môn học này tương đối khó và trừu

tượng, để môn học trực quan và dễ tiếp cận việc thực hành lập trình số là rất

cần thiết

Một trong những công nghệ mới được ra dời, có thể thay thế cho

thống số trước đây đồi hói rất nhiều thời gian và chỉ phí cho nghiên cứu và chế tạo, đó là công nghệ ASIC (Application Specitic Integrated Circuit), Din déu

c hệ

trong lĩnh vực nãy là sản phẩm FPGA (Field Programmable Gate Array) va

CPLD (Complex Programmable Logic Devices) của công ty Xilinx Sũ dụng

IPGA hoặc CPLD thì có thể tối thiểu hóa được nhiều công đoạn thiết kế, lắp

ráp vì hấu hết dược thực hiện trên máy tính Các ngôn ngữ mô phổỏng phần

etmg (IIDL: Ilardware Description Languages) nh ABEL, VIIDL, Verilog,

Schematic cho phép thiết kế và mô phổng hoạt động của mạch bằng chương trình Các chương trình mô phỏng cho phép xác định lỗi thiết kế một cách dễ đàng và kết quả thực hiện của chương trình là một iile bit cấu hình (bitstream)

để nạp (download) vào FPGA và CPLLI3 để nó hoạt động giếng như một mạch

logic

1ời nói đâu

Chương 1 Tổng quan về ASIC lập trình được

1.7 Các công cụ thiết kế và phát triển ASIC

Chương 2 Xilinx và sắn phẩm EPGA

3.1 Giới thiệu về công ty XiHnx

2.3 Giới thiệu sản phẩm Spartan TT của XiHlinx

3.4 Các chỉ tiêu kỹ thuật chi tiết Spartan I1

Chương 3 Các ngôn nạữ mô tâ phản cứng HDI

Đề Quốc Bảo “6 Iép CH ALTISTT 2003

LOT NOT DAU

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, việc tự động hoá thiết kế

các mạch diện tử đồng một vai trồ quan trọng trong việc thúc dẩy sự phát triển

kỹ thuật tính toần Từ những năm 50 của thế kỷ trước, quá trình phát triển của

kỹ thuật điện tử đã trải qua nhiễu giai đoạn: từ những bóng đèn điện tử đến những bóng bán dẫn, qua những mạch tích hợp nhỏ rồi tới những mạch với độ

tích hợp lớn và siêu lớn Những mạch tích hợp loại này có thể chứa hàng triệu linh kiện bán dẫn trên một mạch Ví dụ điển hình là các bộ vi xử lý Việc thiết

u lớn không thể thực hiện một cách

kế những mạch cổ độ lích hợp lớn và s

thủ công, mà phải có sự giúp đỡ của máy tính

Với mục đích không ngừng đáp ứng các nhu cầu của xã hội, hiện nay các

môn học về thiết kế hệ thống số dã và dang được dưa vào giảng dạy tại các trường Cao đẳng và Đại học, việc liếp cận môn học này tương đối khó và trừu

tượng, để môn học trực quan và dễ tiếp cận việc thực hành lập trình số là rất

cần thiết

Một trong những công nghệ mới được ra dời, có thể thay thế cho

thống số trước đây đồi hói rất nhiều thời gian và chỉ phí cho nghiên cứu và chế tạo, đó là công nghệ ASIC (Application Specitic Integrated Circuit), Din déu

c hệ

trong lĩnh vực nãy là sản phẩm FPGA (Field Programmable Gate Array) va

CPLD (Complex Programmable Logic Devices) của công ty Xilinx Sũ dụng

IPGA hoặc CPLD thì có thể tối thiểu hóa được nhiều công đoạn thiết kế, lắp

ráp vì hấu hết dược thực hiện trên máy tính Các ngôn ngữ mô phổỏng phần

etmg (IIDL: Ilardware Description Languages) nh ABEL, VIIDL, Verilog,

Schematic cho phép thiết kế và mô phổng hoạt động của mạch bằng chương trình Các chương trình mô phỏng cho phép xác định lỗi thiết kế một cách dễ đàng và kết quả thực hiện của chương trình là một iile bit cấu hình (bitstream)

để nạp (download) vào FPGA và CPLLI3 để nó hoạt động giếng như một mạch

logic

12 SỰ RA ĐỜI CỦA CÔNG NGHỆ ASIC

Nhằm cái thiện tính linh hoạt của các IC và nâng cao chất lượng ngành công

nghiệp sản xuất IC:, IHEH, đã tổ chức các hội thảo về các 1C "theo đơn đặt hàng” CÍCC (Custom Tntegrated Cireuil Conferenee) Theo đồ, có nhiều kiểu IC dang

“theo đơn đặt hàng” khác nhau được đưa ra nhằm giải quyết cho nhiều mục đích

ứng dụng cụ thể chuyên biệt Từ dây, xuất hiện một thuật ngữ mới và chính thức

được sử dụng đó là: Application - Specific IC, hay viet t&t IA ASIC Hién nay,

IEEE thutng xuyên tổ chức định kỳ các hội thảo cấp quốc lế về ASIC, nhằm điều

chỉnh và nâng cao các ưu điểm cũng như tính thuận tiện và đưa ra các công nghệ

tiên tiến của các hãng sân xuất ASïC khác nhau và phân loại chúng thành nhiều

chủng loại IC theo đơn đạt hàng Mac dù để định nghĩa được chính xác ASIC I rất khó, song chúng ta coi như đó là một thuật ngữ đã được công nhận chính thức

trung ngành công nghiệp IC

Định nghĩa tiếng Anh của thuật ngữ ÁSIC Ihco IEEE 12/1999 như sau: “ASIC

stands for Application Specitic integrated Circuits An ASIC is custom tailored IC

that perfoms a specitic task for specific application” tam dich la “ASIC 1a viét tat cia tir Application Specific Integrated Circuits, nghia IA cde mạch tích hợp ứng

dụng chuyên biệt - hoặc ngắn gợn hơn 14 “IC chuyén dụng” Tuy nhiên, nhiều

nhà “ASIC hợc” vấn quen gợi là các “TC dùng chơ mục dích của khách hàng” hoặc

là các “IC được thiết kế đặc biệt theo yêu cầu của khách hàng”

Ví dụ về các IC không phải là ASIC theo yêu cầu bao gồm các loại sau:

các chip nhớ như ROM, DRAM, và SRAM; các bộ phận xử lý các IC họ

TTL va tương dương theo công nghé SSI, MSI va LSI

Còn các IC thude ding ASIC bao gồm: các chíp dùng trung công nghiệp

giải trí; các chíp dùng trong công nghiệp vệ tính, vũ trụ, các chíp được thiết kế

dùng để giao tiếp giữa bộ vi xử lý đối với các CPU của các má

trạm làm việc và các chip chứa bộ vi xử lý bên trong cùng với các phần tử logic khắc

Theo quy tắc chúng, một IƠ có thể không phải là ASIC, nhưng đôi khi cổ những trường hợp ngoại lệ Vi dy, mot IC là chip điều khiển đối với PC và một IC

là chịp diều khiển MODEM Cả hai đều là các IC ứng dụng chuyên biệt (giống như ASIC) nhưng cả hai đều có một số điểm khác khi sử dụng vào những hệ thống khác, Ùo vậy, người ta chia họ ASIC thành ba thành viên chính: Cell based ICs

Đề Quốc Bảo 4 Iép CH ALTISTT 2003

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

TÊN HÌNH

Hình 1.1: Mội phân của thiết kế ASIC

THình 1.2: Sơ đã khối của PROM

Hình 1.3: Sơ dé khối của PAL

THình 1.4: Sơ đồ khối của PLA

Hình 1.5: Cẩu trắc chung cia mot EPL

11ình 1.6: Cẩu trúc của một macrocell

Hình I.7: Một CPLD cia Xilinx

Hinh 2.4: Cau trie FPGA cia Xilinx

Hình 2.2: Cấu trúc chúng của FPGA

Hình 2.3: Một CI.B dién hinh cla FPGA déng Spartan IT

Hình 2.4: Sơ đồ khối chức nding cita Flip-Flop trong CLB

Hình Ghép nối các tín hiệu điền khiển

Hình 2.6: Sơ đỗ khối caa 1OB

THình 2.11: Phân bố mạng tổng thể của Sparian

1Hình 2.12: Sơ để logic của RAM cổng đơn

Hình 2.13: Xơ đỗ logic của RAM cổng kép

Hình 2.14: Chỉ tiết một logic nhé ca Spartan

Hình 2.15: Bộ đệm 4 trọng thái thực hiện một bộ phân kênh

Hình 2.16: Sơ dễ logic quết biên của dòng Spartan

Việc nghiên cứu và thiết kế các modul thí nghiệm FPGA để giúp các em

học sinh-sinh viên nói chưng và sinh viên trường Cao đẳng Công nghiệp nói

niéng được liếp cận và sử dụng công nghệ mới, đáp ứng nhu cầu của xã hội

khi ra trường là một công việc vô củng cần thiết và cấp bách

Với sự hướng dẫn của TS Nguyễn Linh Giang, Irong khuôn khổ luận văn

này, tôi mạnh dạn tìm hiểu và nghiên cứu về công nghệ mới của công 1y

Xilinx Qua nghiên cửu và tìm hiểu vẻ các thiết bị cô thể lập trình được của Xilina, tôi sử dụng chíp XC2S100 đồng Sparlan II thiết kế mội số mạch đơn

giản, trên cơ sở những mạch này để thiết kế một modu] giảng dạy cho sinh

viên trường Cao dẳng Công nghiệp Hà nội — mạch báo chuồng cho lớp học Nội dung của luận văn bao gầm 4 chương, trong đố:

Chương Ì : Giới thiệu tống quan về ASIC lập trình được

Chương 2: Giới thiệu về hãng Xilinx và sản phẩm FPGA

Chương 3 Giới thiệu một số ngôn ngữ mô tâ phần cứng HDI

Chương 4 Thiết kế mmodul giảng dạy sử dụng FPGA XC2S100-8parian II

Do thời gian và khả năng có hạn nên luận văn này sẽ cồn nhiều thiếu sói

Rất mong được sự gớp ý và thông cảm của các thầy giáo, cô giáo

Tà nội, ngày 20 tháng 10 nấm 2005

TIọc viên

Bỏ Quốc Bản

Đề Quốc Bảo -8- Iép CH ALTISTT 2003

Chuong 1

TONG QUAN VE ASIC LẬP TRÌNH ĐƯỢC

LL TONG QUAN VE CAC CONG NGHE

Nên công nghiệp bán dẫn dã phát triển từ các IC dau tiên vào khoảng những năm đầu của những năm 1970 và đã trưởng thành nhanh chóng từ đó

Một digu quan trọng trong việc thiết kế là cần phải nghiên cứu các phương

thức thực hiện một cách cẩn thận trước Các bước tiếp theo cần làm Irong suốt

quá trình thiết kế sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào phương thức thực hiện mà mình

lựa chọn

Sự phức tạp trong hệ thống tảng lên chơ kết quả mạch tích hợp ở các mức

cao hơn trong các mierochip Cổ các mức tích hợp như sau:

-_ SSI (§mall Seale Integration), nó chứa nhiều cổng độc lập trên một gối

đơn, thông thường sổ cổng không vượi quá L0 cổng

-_ MSI (Medium Scale Integratton) có độ phức tạp cao hơn trong khoảng

từ 10 đến 10 cổng trên một gối dơn

- LSI (Large Scale Integration) c6 khoang tir 100 dén vai nghin céng trén

một gói đơn

- VLSI (Very Large Scalc Inlcgration) chứa từ vài nghìn cổng đến hàng

triệu cổng trên một gói đơn

Ngoài ra, các IC cồn có thể được phân chia theo các chức năng mà nố thực

hiện, các chức năng phù hợp với thị trường và ảnh hưởng tới giá thành của

thiết bị:

-_ Thông thường (General): là các thiết bị phục vụ cho các mục đích

thông thường

- ASIC (Application Specific IC): sử dụng trong các chip hiện đại, các bộ

điểu khiển nhúng với mục đích thiết kế đáp ứng nhu cầu của người sử dụng.

Việc nghiên cứu và thiết kế các modul thí nghiệm FPGA để giúp các em

học sinh-sinh viên nói chưng và sinh viên trường Cao đẳng Công nghiệp nói

niéng được liếp cận và sử dụng công nghệ mới, đáp ứng nhu cầu của xã hội

khi ra trường là một công việc vô củng cần thiết và cấp bách

Với sự hướng dẫn của TS Nguyễn Linh Giang, Irong khuôn khổ luận văn

này, tôi mạnh dạn tìm hiểu và nghiên cứu về công nghệ mới của công 1y

Xilinx Qua nghiên cửu và tìm hiểu vẻ các thiết bị cô thể lập trình được của Xilina, tôi sử dụng chíp XC2S100 đồng Sparlan II thiết kế mội số mạch đơn

giản, trên cơ sở những mạch này để thiết kế một modu] giảng dạy cho sinh

viên trường Cao dẳng Công nghiệp Hà nội — mạch báo chuồng cho lớp học Nội dung của luận văn bao gầm 4 chương, trong đố:

Chương Ì : Giới thiệu tống quan về ASIC lập trình được

Chương 2: Giới thiệu về hãng Xilinx và sản phẩm FPGA

Chương 3 Giới thiệu một số ngôn ngữ mô tâ phần cứng HDI

Chương 4 Thiết kế mmodul giảng dạy sử dụng FPGA XC2S100-8parian II

Do thời gian và khả năng có hạn nên luận văn này sẽ cồn nhiều thiếu sói

Rất mong được sự gớp ý và thông cảm của các thầy giáo, cô giáo

Tà nội, ngày 20 tháng 10 nấm 2005

TIọc viên

Bỏ Quốc Bản

Đề Quốc Bảo -5- Iép CH ALTISTT 2003

Tinh 3.3: Cấu trúc file chương trình VHDL

link Câu trúc module cia ABEL

LOT NOT DAU

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, việc tự động hoá thiết kế

các mạch diện tử đồng một vai trồ quan trọng trong việc thúc dẩy sự phát triển

kỹ thuật tính toần Từ những năm 50 của thế kỷ trước, quá trình phát triển của

kỹ thuật điện tử đã trải qua nhiễu giai đoạn: từ những bóng đèn điện tử đến những bóng bán dẫn, qua những mạch tích hợp nhỏ rồi tới những mạch với độ

tích hợp lớn và siêu lớn Những mạch tích hợp loại này có thể chứa hàng triệu linh kiện bán dẫn trên một mạch Ví dụ điển hình là các bộ vi xử lý Việc thiết

u lớn không thể thực hiện một cách

kế những mạch cổ độ lích hợp lớn và s

thủ công, mà phải có sự giúp đỡ của máy tính

Với mục đích không ngừng đáp ứng các nhu cầu của xã hội, hiện nay các

môn học về thiết kế hệ thống số dã và dang được dưa vào giảng dạy tại các trường Cao đẳng và Đại học, việc liếp cận môn học này tương đối khó và trừu

tượng, để môn học trực quan và dễ tiếp cận việc thực hành lập trình số là rất

cần thiết

Một trong những công nghệ mới được ra dời, có thể thay thế cho

thống số trước đây đồi hói rất nhiều thời gian và chỉ phí cho nghiên cứu và chế tạo, đó là công nghệ ASIC (Application Specitic Integrated Circuit), Din déu

c hệ

trong lĩnh vực nãy là sản phẩm FPGA (Field Programmable Gate Array) va

CPLD (Complex Programmable Logic Devices) của công ty Xilinx Sũ dụng

IPGA hoặc CPLD thì có thể tối thiểu hóa được nhiều công đoạn thiết kế, lắp

ráp vì hấu hết dược thực hiện trên máy tính Các ngôn ngữ mô phổỏng phần

etmg (IIDL: Ilardware Description Languages) nh ABEL, VIIDL, Verilog,

Schematic cho phép thiết kế và mô phổng hoạt động của mạch bằng chương trình Các chương trình mô phỏng cho phép xác định lỗi thiết kế một cách dễ đàng và kết quả thực hiện của chương trình là một iile bit cấu hình (bitstream)

để nạp (download) vào FPGA và CPLLI3 để nó hoạt động giếng như một mạch

logic

Đề Quốc Bảo -9- Iép CH ALTISTT 2003

12 SỰ RA ĐỜI CỦA CÔNG NGHỆ ASIC

Nhằm cái thiện tính linh hoạt của các IC và nâng cao chất lượng ngành công

nghiệp sản xuất IC:, IHEH, đã tổ chức các hội thảo về các 1C "theo đơn đặt hàng” CÍCC (Custom Tntegrated Cireuil Conferenee) Theo đồ, có nhiều kiểu IC dang

“theo đơn đặt hàng” khác nhau được đưa ra nhằm giải quyết cho nhiều mục đích

ứng dụng cụ thể chuyên biệt Từ dây, xuất hiện một thuật ngữ mới và chính thức

được sử dụng đó là: Application - Specific IC, hay viet t&t IA ASIC Hién nay,

IEEE thutng xuyên tổ chức định kỳ các hội thảo cấp quốc lế về ASIC, nhằm điều

chỉnh và nâng cao các ưu điểm cũng như tính thuận tiện và đưa ra các công nghệ

tiên tiến của các hãng sân xuất ASïC khác nhau và phân loại chúng thành nhiều

chủng loại IC theo đơn đạt hàng Mac dù để định nghĩa được chính xác ASIC I rất khó, song chúng ta coi như đó là một thuật ngữ đã được công nhận chính thức

trung ngành công nghiệp IC

Định nghĩa tiếng Anh của thuật ngữ ÁSIC Ihco IEEE 12/1999 như sau: “ASIC

stands for Application Specitic integrated Circuits An ASIC is custom tailored IC

that perfoms a specitic task for specific application” tam dich la “ASIC 1a viét tat cia tir Application Specific Integrated Circuits, nghia IA cde mạch tích hợp ứng

dụng chuyên biệt - hoặc ngắn gợn hơn 14 “IC chuyén dụng” Tuy nhiên, nhiều

nhà “ASIC hợc” vấn quen gợi là các “TC dùng chơ mục dích của khách hàng” hoặc

là các “IC được thiết kế đặc biệt theo yêu cầu của khách hàng”

Ví dụ về các IC không phải là ASIC theo yêu cầu bao gồm các loại sau:

các chip nhớ như ROM, DRAM, và SRAM; các bộ phận xử lý các IC họ

TTL va tương dương theo công nghé SSI, MSI va LSI

Còn các IC thude ding ASIC bao gồm: các chíp dùng trung công nghiệp

giải trí; các chíp dùng trong công nghiệp vệ tính, vũ trụ, các chíp được thiết kế

dùng để giao tiếp giữa bộ vi xử lý đối với các CPU của các má

trạm làm việc và các chip chứa bộ vi xử lý bên trong cùng với các phần tử logic khắc

Theo quy tắc chúng, một IƠ có thể không phải là ASIC, nhưng đôi khi cổ những trường hợp ngoại lệ Vi dy, mot IC là chip điều khiển đối với PC và một IC

là chịp diều khiển MODEM Cả hai đều là các IC ứng dụng chuyên biệt (giống như ASIC) nhưng cả hai đều có một số điểm khác khi sử dụng vào những hệ thống khác, Ùo vậy, người ta chia họ ASIC thành ba thành viên chính: Cell based ICs

Việc nghiên cứu và thiết kế các modul thí nghiệm FPGA để giúp các em

học sinh-sinh viên nói chưng và sinh viên trường Cao đẳng Công nghiệp nói

niéng được liếp cận và sử dụng công nghệ mới, đáp ứng nhu cầu của xã hội

khi ra trường là một công việc vô củng cần thiết và cấp bách

Với sự hướng dẫn của TS Nguyễn Linh Giang, Irong khuôn khổ luận văn

này, tôi mạnh dạn tìm hiểu và nghiên cứu về công nghệ mới của công 1y

Xilinx Qua nghiên cửu và tìm hiểu vẻ các thiết bị cô thể lập trình được của Xilina, tôi sử dụng chíp XC2S100 đồng Sparlan II thiết kế mội số mạch đơn

giản, trên cơ sở những mạch này để thiết kế một modu] giảng dạy cho sinh

viên trường Cao dẳng Công nghiệp Hà nội — mạch báo chuồng cho lớp học Nội dung của luận văn bao gầm 4 chương, trong đố:

Chương Ì : Giới thiệu tống quan về ASIC lập trình được

Chương 2: Giới thiệu về hãng Xilinx và sản phẩm FPGA

Chương 3 Giới thiệu một số ngôn ngữ mô tâ phần cứng HDI

Chương 4 Thiết kế mmodul giảng dạy sử dụng FPGA XC2S100-8parian II

Do thời gian và khả năng có hạn nên luận văn này sẽ cồn nhiều thiếu sói

Rất mong được sự gớp ý và thông cảm của các thầy giáo, cô giáo

Tà nội, ngày 20 tháng 10 nấm 2005

TIọc viên

Bỏ Quốc Bản

Đề Quốc Bảo -5- Iép CH ALTISTT 2003

Tinh 3.3: Cấu trúc file chương trình VHDL

link Câu trúc module cia ABEL

Việc nghiên cứu và thiết kế các modul thí nghiệm FPGA để giúp các em

học sinh-sinh viên nói chưng và sinh viên trường Cao đẳng Công nghiệp nói

niéng được liếp cận và sử dụng công nghệ mới, đáp ứng nhu cầu của xã hội

khi ra trường là một công việc vô củng cần thiết và cấp bách

Với sự hướng dẫn của TS Nguyễn Linh Giang, Irong khuôn khổ luận văn

này, tôi mạnh dạn tìm hiểu và nghiên cứu về công nghệ mới của công 1y

Xilinx Qua nghiên cửu và tìm hiểu vẻ các thiết bị cô thể lập trình được của Xilina, tôi sử dụng chíp XC2S100 đồng Sparlan II thiết kế mội số mạch đơn

giản, trên cơ sở những mạch này để thiết kế một modu] giảng dạy cho sinh

viên trường Cao dẳng Công nghiệp Hà nội — mạch báo chuồng cho lớp học Nội dung của luận văn bao gầm 4 chương, trong đố:

Chương Ì : Giới thiệu tống quan về ASIC lập trình được

Chương 2: Giới thiệu về hãng Xilinx và sản phẩm FPGA

Chương 3 Giới thiệu một số ngôn ngữ mô tâ phần cứng HDI

Chương 4 Thiết kế mmodul giảng dạy sử dụng FPGA XC2S100-8parian II

Do thời gian và khả năng có hạn nên luận văn này sẽ cồn nhiều thiếu sói

Rất mong được sự gớp ý và thông cảm của các thầy giáo, cô giáo

Tà nội, ngày 20 tháng 10 nấm 2005

TIọc viên

Bỏ Quốc Bản

Đề Quốc Bảo -8- Iép CH ALTISTT 2003

Chuong 1

TONG QUAN VE ASIC LẬP TRÌNH ĐƯỢC

LL TONG QUAN VE CAC CONG NGHE

Nên công nghiệp bán dẫn dã phát triển từ các IC dau tiên vào khoảng những năm đầu của những năm 1970 và đã trưởng thành nhanh chóng từ đó

Một digu quan trọng trong việc thiết kế là cần phải nghiên cứu các phương

thức thực hiện một cách cẩn thận trước Các bước tiếp theo cần làm Irong suốt

quá trình thiết kế sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào phương thức thực hiện mà mình

lựa chọn

Sự phức tạp trong hệ thống tảng lên chơ kết quả mạch tích hợp ở các mức

cao hơn trong các mierochip Cổ các mức tích hợp như sau:

-_ SSI (§mall Seale Integration), nó chứa nhiều cổng độc lập trên một gối

đơn, thông thường sổ cổng không vượi quá L0 cổng

-_ MSI (Medium Scale Integratton) có độ phức tạp cao hơn trong khoảng

từ 10 đến 10 cổng trên một gối dơn

- LSI (Large Scale Integration) c6 khoang tir 100 dén vai nghin céng trén

một gói đơn

- VLSI (Very Large Scalc Inlcgration) chứa từ vài nghìn cổng đến hàng

triệu cổng trên một gói đơn

Ngoài ra, các IC cồn có thể được phân chia theo các chức năng mà nố thực

hiện, các chức năng phù hợp với thị trường và ảnh hưởng tới giá thành của

thiết bị:

-_ Thông thường (General): là các thiết bị phục vụ cho các mục đích

thông thường

- ASIC (Application Specific IC): sử dụng trong các chip hiện đại, các bộ

điểu khiển nhúng với mục đích thiết kế đáp ứng nhu cầu của người sử dụng.

Chuong 1

TONG QUAN VE ASIC LẬP TRÌNH ĐƯỢC

LL TONG QUAN VE CAC CONG NGHE

Nên công nghiệp bán dẫn dã phát triển từ các IC dau tiên vào khoảng những năm đầu của những năm 1970 và đã trưởng thành nhanh chóng từ đó

Một digu quan trọng trong việc thiết kế là cần phải nghiên cứu các phương

thức thực hiện một cách cẩn thận trước Các bước tiếp theo cần làm Irong suốt

quá trình thiết kế sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào phương thức thực hiện mà mình

lựa chọn

Sự phức tạp trong hệ thống tảng lên chơ kết quả mạch tích hợp ở các mức

cao hơn trong các mierochip Cổ các mức tích hợp như sau:

-_ SSI (§mall Seale Integration), nó chứa nhiều cổng độc lập trên một gối

đơn, thông thường sổ cổng không vượi quá L0 cổng

-_ MSI (Medium Scale Integratton) có độ phức tạp cao hơn trong khoảng

từ 10 đến 10 cổng trên một gối dơn

- LSI (Large Scale Integration) c6 khoang tir 100 dén vai nghin céng trén

một gói đơn

- VLSI (Very Large Scalc Inlcgration) chứa từ vài nghìn cổng đến hàng

triệu cổng trên một gói đơn

Ngoài ra, các IC cồn có thể được phân chia theo các chức năng mà nố thực

hiện, các chức năng phù hợp với thị trường và ảnh hưởng tới giá thành của

thiết bị:

-_ Thông thường (General): là các thiết bị phục vụ cho các mục đích

thông thường

- ASIC (Application Specific IC): sử dụng trong các chip hiện đại, các bộ

điểu khiển nhúng với mục đích thiết kế đáp ứng nhu cầu của người sử dụng.

Đề Quốc Bảo “6 Iép CH ALTISTT 2003

LOT NOT DAU

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, việc tự động hoá thiết kế

các mạch diện tử đồng một vai trồ quan trọng trong việc thúc dẩy sự phát triển

kỹ thuật tính toần Từ những năm 50 của thế kỷ trước, quá trình phát triển của

kỹ thuật điện tử đã trải qua nhiễu giai đoạn: từ những bóng đèn điện tử đến những bóng bán dẫn, qua những mạch tích hợp nhỏ rồi tới những mạch với độ

tích hợp lớn và siêu lớn Những mạch tích hợp loại này có thể chứa hàng triệu linh kiện bán dẫn trên một mạch Ví dụ điển hình là các bộ vi xử lý Việc thiết

u lớn không thể thực hiện một cách

kế những mạch cổ độ lích hợp lớn và s

thủ công, mà phải có sự giúp đỡ của máy tính

Với mục đích không ngừng đáp ứng các nhu cầu của xã hội, hiện nay các

môn học về thiết kế hệ thống số dã và dang được dưa vào giảng dạy tại các trường Cao đẳng và Đại học, việc liếp cận môn học này tương đối khó và trừu

tượng, để môn học trực quan và dễ tiếp cận việc thực hành lập trình số là rất

cần thiết

Một trong những công nghệ mới được ra dời, có thể thay thế cho

thống số trước đây đồi hói rất nhiều thời gian và chỉ phí cho nghiên cứu và chế tạo, đó là công nghệ ASIC (Application Specitic Integrated Circuit), Din déu

c hệ

trong lĩnh vực nãy là sản phẩm FPGA (Field Programmable Gate Array) va

CPLD (Complex Programmable Logic Devices) của công ty Xilinx Sũ dụng

IPGA hoặc CPLD thì có thể tối thiểu hóa được nhiều công đoạn thiết kế, lắp

ráp vì hấu hết dược thực hiện trên máy tính Các ngôn ngữ mô phổỏng phần

etmg (IIDL: Ilardware Description Languages) nh ABEL, VIIDL, Verilog,

Schematic cho phép thiết kế và mô phổng hoạt động của mạch bằng chương trình Các chương trình mô phỏng cho phép xác định lỗi thiết kế một cách dễ đàng và kết quả thực hiện của chương trình là một iile bit cấu hình (bitstream)

để nạp (download) vào FPGA và CPLLI3 để nó hoạt động giếng như một mạch

logic

Tinh 3.3: Cấu trúc file chương trình VHDL

link Câu trúc module cia ABEL

Đề Quốc Bảo 4 Iép CH ALTISTT 2003

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

TÊN HÌNH

Hình 1.1: Mội phân của thiết kế ASIC

THình 1.2: Sơ đã khối của PROM

Hình 1.3: Sơ dé khối của PAL

THình 1.4: Sơ đồ khối của PLA

Hình 1.5: Cẩu trắc chung cia mot EPL

11ình 1.6: Cẩu trúc của một macrocell

Hình I.7: Một CPLD cia Xilinx

Hinh 2.4: Cau trie FPGA cia Xilinx

Hình 2.2: Cấu trúc chúng của FPGA

Hình 2.3: Một CI.B dién hinh cla FPGA déng Spartan IT

Hình 2.4: Sơ đồ khối chức nding cita Flip-Flop trong CLB

Hình Ghép nối các tín hiệu điền khiển

Hình 2.6: Sơ đỗ khối caa 1OB

THình 2.11: Phân bố mạng tổng thể của Sparian

1Hình 2.12: Sơ để logic của RAM cổng đơn

Hình 2.13: Xơ đỗ logic của RAM cổng kép

Hình 2.14: Chỉ tiết một logic nhé ca Spartan

Hình 2.15: Bộ đệm 4 trọng thái thực hiện một bộ phân kênh

Hình 2.16: Sơ dễ logic quết biên của dòng Spartan

12 SỰ RA ĐỜI CỦA CÔNG NGHỆ ASIC

Nhằm cái thiện tính linh hoạt của các IC và nâng cao chất lượng ngành công

nghiệp sản xuất IC:, IHEH, đã tổ chức các hội thảo về các 1C "theo đơn đặt hàng” CÍCC (Custom Tntegrated Cireuil Conferenee) Theo đồ, có nhiều kiểu IC dang

“theo đơn đặt hàng” khác nhau được đưa ra nhằm giải quyết cho nhiều mục đích

ứng dụng cụ thể chuyên biệt Từ dây, xuất hiện một thuật ngữ mới và chính thức

được sử dụng đó là: Application - Specific IC, hay viet t&t IA ASIC Hién nay,

IEEE thutng xuyên tổ chức định kỳ các hội thảo cấp quốc lế về ASIC, nhằm điều

chỉnh và nâng cao các ưu điểm cũng như tính thuận tiện và đưa ra các công nghệ

tiên tiến của các hãng sân xuất ASïC khác nhau và phân loại chúng thành nhiều

chủng loại IC theo đơn đạt hàng Mac dù để định nghĩa được chính xác ASIC I rất khó, song chúng ta coi như đó là một thuật ngữ đã được công nhận chính thức

trung ngành công nghiệp IC

Định nghĩa tiếng Anh của thuật ngữ ÁSIC Ihco IEEE 12/1999 như sau: “ASIC

stands for Application Specitic integrated Circuits An ASIC is custom tailored IC

that perfoms a specitic task for specific application” tam dich la “ASIC 1a viét tat cia tir Application Specific Integrated Circuits, nghia IA cde mạch tích hợp ứng

dụng chuyên biệt - hoặc ngắn gợn hơn 14 “IC chuyén dụng” Tuy nhiên, nhiều

nhà “ASIC hợc” vấn quen gợi là các “TC dùng chơ mục dích của khách hàng” hoặc

là các “IC được thiết kế đặc biệt theo yêu cầu của khách hàng”

Ví dụ về các IC không phải là ASIC theo yêu cầu bao gồm các loại sau:

các chip nhớ như ROM, DRAM, và SRAM; các bộ phận xử lý các IC họ

TTL va tương dương theo công nghé SSI, MSI va LSI

Còn các IC thude ding ASIC bao gồm: các chíp dùng trung công nghiệp

giải trí; các chíp dùng trong công nghiệp vệ tính, vũ trụ, các chíp được thiết kế

dùng để giao tiếp giữa bộ vi xử lý đối với các CPU của các má

trạm làm việc và các chip chứa bộ vi xử lý bên trong cùng với các phần tử logic khắc

Theo quy tắc chúng, một IƠ có thể không phải là ASIC, nhưng đôi khi cổ những trường hợp ngoại lệ Vi dy, mot IC là chip điều khiển đối với PC và một IC

là chịp diều khiển MODEM Cả hai đều là các IC ứng dụng chuyên biệt (giống như ASIC) nhưng cả hai đều có một số điểm khác khi sử dụng vào những hệ thống khác, Ùo vậy, người ta chia họ ASIC thành ba thành viên chính: Cell based ICs

Đề Quốc Bảo -3- lớp CH XITI@TT 20C2

1ời nói đâu

Chương 1 Tổng quan về ASIC lập trình được

1.7 Các công cụ thiết kế và phát triển ASIC

Chương 2 Xilinx và sắn phẩm EPGA

3.1 Giới thiệu về công ty XiHnx

2.3 Giới thiệu sản phẩm Spartan TT của XiHlinx

3.4 Các chỉ tiêu kỹ thuật chi tiết Spartan I1

Chương 3 Các ngôn nạữ mô tâ phản cứng HDI

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

TÊN HÌNH

Hình 1.1: Mội phân của thiết kế ASIC

THình 1.2: Sơ đã khối của PROM

Hình 1.3: Sơ dé khối của PAL

THình 1.4: Sơ đồ khối của PLA

Hình 1.5: Cẩu trắc chung cia mot EPL

11ình 1.6: Cẩu trúc của một macrocell

Hình I.7: Một CPLD cia Xilinx

Hinh 2.4: Cau trie FPGA cia Xilinx

Hình 2.2: Cấu trúc chúng của FPGA

Hình 2.3: Một CI.B dién hinh cla FPGA déng Spartan IT

Hình 2.4: Sơ đồ khối chức nding cita Flip-Flop trong CLB

Hình Ghép nối các tín hiệu điền khiển

Hình 2.6: Sơ đỗ khối caa 1OB

THình 2.11: Phân bố mạng tổng thể của Sparian

1Hình 2.12: Sơ để logic của RAM cổng đơn

Hình 2.13: Xơ đỗ logic của RAM cổng kép

Hình 2.14: Chỉ tiết một logic nhé ca Spartan

Hình 2.15: Bộ đệm 4 trọng thái thực hiện một bộ phân kênh

Hình 2.16: Sơ dễ logic quết biên của dòng Spartan

Đề Quốc Bảo -8- Iép CH ALTISTT 2003

Chuong 1

TONG QUAN VE ASIC LẬP TRÌNH ĐƯỢC

LL TONG QUAN VE CAC CONG NGHE

Nên công nghiệp bán dẫn dã phát triển từ các IC dau tiên vào khoảng những năm đầu của những năm 1970 và đã trưởng thành nhanh chóng từ đó

Một digu quan trọng trong việc thiết kế là cần phải nghiên cứu các phương

thức thực hiện một cách cẩn thận trước Các bước tiếp theo cần làm Irong suốt

quá trình thiết kế sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào phương thức thực hiện mà mình

lựa chọn

Sự phức tạp trong hệ thống tảng lên chơ kết quả mạch tích hợp ở các mức

cao hơn trong các mierochip Cổ các mức tích hợp như sau:

-_ SSI (§mall Seale Integration), nó chứa nhiều cổng độc lập trên một gối

đơn, thông thường sổ cổng không vượi quá L0 cổng

-_ MSI (Medium Scale Integratton) có độ phức tạp cao hơn trong khoảng

từ 10 đến 10 cổng trên một gối dơn

- LSI (Large Scale Integration) c6 khoang tir 100 dén vai nghin céng trén

một gói đơn

- VLSI (Very Large Scalc Inlcgration) chứa từ vài nghìn cổng đến hàng

triệu cổng trên một gói đơn

Ngoài ra, các IC cồn có thể được phân chia theo các chức năng mà nố thực

hiện, các chức năng phù hợp với thị trường và ảnh hưởng tới giá thành của

thiết bị:

-_ Thông thường (General): là các thiết bị phục vụ cho các mục đích

thông thường

- ASIC (Application Specific IC): sử dụng trong các chip hiện đại, các bộ

điểu khiển nhúng với mục đích thiết kế đáp ứng nhu cầu của người sử dụng.

LOT NOT DAU

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, việc tự động hoá thiết kế

các mạch diện tử đồng một vai trồ quan trọng trong việc thúc dẩy sự phát triển

kỹ thuật tính toần Từ những năm 50 của thế kỷ trước, quá trình phát triển của

kỹ thuật điện tử đã trải qua nhiễu giai đoạn: từ những bóng đèn điện tử đến những bóng bán dẫn, qua những mạch tích hợp nhỏ rồi tới những mạch với độ

tích hợp lớn và siêu lớn Những mạch tích hợp loại này có thể chứa hàng triệu linh kiện bán dẫn trên một mạch Ví dụ điển hình là các bộ vi xử lý Việc thiết

u lớn không thể thực hiện một cách

kế những mạch cổ độ lích hợp lớn và s

thủ công, mà phải có sự giúp đỡ của máy tính

Với mục đích không ngừng đáp ứng các nhu cầu của xã hội, hiện nay các

môn học về thiết kế hệ thống số dã và dang được dưa vào giảng dạy tại các trường Cao đẳng và Đại học, việc liếp cận môn học này tương đối khó và trừu

tượng, để môn học trực quan và dễ tiếp cận việc thực hành lập trình số là rất

cần thiết

Một trong những công nghệ mới được ra dời, có thể thay thế cho

thống số trước đây đồi hói rất nhiều thời gian và chỉ phí cho nghiên cứu và chế tạo, đó là công nghệ ASIC (Application Specitic Integrated Circuit), Din déu

c hệ

trong lĩnh vực nãy là sản phẩm FPGA (Field Programmable Gate Array) va

CPLD (Complex Programmable Logic Devices) của công ty Xilinx Sũ dụng

IPGA hoặc CPLD thì có thể tối thiểu hóa được nhiều công đoạn thiết kế, lắp

ráp vì hấu hết dược thực hiện trên máy tính Các ngôn ngữ mô phổỏng phần

etmg (IIDL: Ilardware Description Languages) nh ABEL, VIIDL, Verilog,

Schematic cho phép thiết kế và mô phổng hoạt động của mạch bằng chương trình Các chương trình mô phỏng cho phép xác định lỗi thiết kế một cách dễ đàng và kết quả thực hiện của chương trình là một iile bit cấu hình (bitstream)

để nạp (download) vào FPGA và CPLLI3 để nó hoạt động giếng như một mạch

logic

Đề Quốc Bảo 4 Iép CH ALTISTT 2003

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

TÊN HÌNH

Hình 1.1: Mội phân của thiết kế ASIC

THình 1.2: Sơ đã khối của PROM

Hình 1.3: Sơ dé khối của PAL

THình 1.4: Sơ đồ khối của PLA

Hình 1.5: Cẩu trắc chung cia mot EPL

11ình 1.6: Cẩu trúc của một macrocell

Hình I.7: Một CPLD cia Xilinx

Hinh 2.4: Cau trie FPGA cia Xilinx

Hình 2.2: Cấu trúc chúng của FPGA

Hình 2.3: Một CI.B dién hinh cla FPGA déng Spartan IT

Hình 2.4: Sơ đồ khối chức nding cita Flip-Flop trong CLB

Hình Ghép nối các tín hiệu điền khiển

Hình 2.6: Sơ đỗ khối caa 1OB

THình 2.11: Phân bố mạng tổng thể của Sparian

1Hình 2.12: Sơ để logic của RAM cổng đơn

Hình 2.13: Xơ đỗ logic của RAM cổng kép

Hình 2.14: Chỉ tiết một logic nhé ca Spartan

Hình 2.15: Bộ đệm 4 trọng thái thực hiện một bộ phân kênh

Hình 2.16: Sơ dễ logic quết biên của dòng Spartan

Tinh 3.3: Cấu trúc file chương trình VHDL

link Câu trúc module cia ABEL

Đề Quốc Bảo -7- Iép CH ALTISTT 2003

Việc nghiên cứu và thiết kế các modul thí nghiệm FPGA để giúp các em

học sinh-sinh viên nói chưng và sinh viên trường Cao đẳng Công nghiệp nói

niéng được liếp cận và sử dụng công nghệ mới, đáp ứng nhu cầu của xã hội

khi ra trường là một công việc vô củng cần thiết và cấp bách

Với sự hướng dẫn của TS Nguyễn Linh Giang, Irong khuôn khổ luận văn

này, tôi mạnh dạn tìm hiểu và nghiên cứu về công nghệ mới của công 1y

Xilinx Qua nghiên cửu và tìm hiểu vẻ các thiết bị cô thể lập trình được của Xilina, tôi sử dụng chíp XC2S100 đồng Sparlan II thiết kế mội số mạch đơn

giản, trên cơ sở những mạch này để thiết kế một modu] giảng dạy cho sinh

viên trường Cao dẳng Công nghiệp Hà nội — mạch báo chuồng cho lớp học Nội dung của luận văn bao gầm 4 chương, trong đố:

Chương Ì : Giới thiệu tống quan về ASIC lập trình được

Chương 2: Giới thiệu về hãng Xilinx và sản phẩm FPGA

Chương 3 Giới thiệu một số ngôn ngữ mô tâ phần cứng HDI

Chương 4 Thiết kế mmodul giảng dạy sử dụng FPGA XC2S100-8parian II

Do thời gian và khả năng có hạn nên luận văn này sẽ cồn nhiều thiếu sói

Rất mong được sự gớp ý và thông cảm của các thầy giáo, cô giáo

Tà nội, ngày 20 tháng 10 nấm 2005

TIọc viên

Bỏ Quốc Bản

1ời nói đâu

Chương 1 Tổng quan về ASIC lập trình được

1.7 Các công cụ thiết kế và phát triển ASIC

Chương 2 Xilinx và sắn phẩm EPGA

3.1 Giới thiệu về công ty XiHnx

2.3 Giới thiệu sản phẩm Spartan TT của XiHlinx

3.4 Các chỉ tiêu kỹ thuật chi tiết Spartan I1

Chương 3 Các ngôn nạữ mô tâ phản cứng HDI

Đề Quốc Bảo -3- lớp CH XITI@TT 20C2

1ời nói đâu

Chương 1 Tổng quan về ASIC lập trình được

1.7 Các công cụ thiết kế và phát triển ASIC

Chương 2 Xilinx và sắn phẩm EPGA

3.1 Giới thiệu về công ty XiHnx

2.3 Giới thiệu sản phẩm Spartan TT của XiHlinx

3.4 Các chỉ tiêu kỹ thuật chi tiết Spartan I1

Chương 3 Các ngôn nạữ mô tâ phản cứng HDI

1ời nói đâu

Chương 1 Tổng quan về ASIC lập trình được

1.7 Các công cụ thiết kế và phát triển ASIC

Chương 2 Xilinx và sắn phẩm EPGA

3.1 Giới thiệu về công ty XiHnx

2.3 Giới thiệu sản phẩm Spartan TT của XiHlinx

3.4 Các chỉ tiêu kỹ thuật chi tiết Spartan I1

Chương 3 Các ngôn nạữ mô tâ phản cứng HDI

Đề Quốc Bảo 4 Iép CH ALTISTT 2003

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

TÊN HÌNH

Hình 1.1: Mội phân của thiết kế ASIC

THình 1.2: Sơ đã khối của PROM

Hình 1.3: Sơ dé khối của PAL

THình 1.4: Sơ đồ khối của PLA

Hình 1.5: Cẩu trắc chung cia mot EPL

11ình 1.6: Cẩu trúc của một macrocell

Hình I.7: Một CPLD cia Xilinx

Hinh 2.4: Cau trie FPGA cia Xilinx

Hình 2.2: Cấu trúc chúng của FPGA

Hình 2.3: Một CI.B dién hinh cla FPGA déng Spartan IT

Hình 2.4: Sơ đồ khối chức nding cita Flip-Flop trong CLB

Hình Ghép nối các tín hiệu điền khiển

Hình 2.6: Sơ đỗ khối caa 1OB

THình 2.11: Phân bố mạng tổng thể của Sparian

1Hình 2.12: Sơ để logic của RAM cổng đơn

Hình 2.13: Xơ đỗ logic của RAM cổng kép

Hình 2.14: Chỉ tiết một logic nhé ca Spartan

Hình 2.15: Bộ đệm 4 trọng thái thực hiện một bộ phân kênh

Hình 2.16: Sơ dễ logic quết biên của dòng Spartan

Chuong 1

TONG QUAN VE ASIC LẬP TRÌNH ĐƯỢC

LL TONG QUAN VE CAC CONG NGHE

Nên công nghiệp bán dẫn dã phát triển từ các IC dau tiên vào khoảng những năm đầu của những năm 1970 và đã trưởng thành nhanh chóng từ đó

Một digu quan trọng trong việc thiết kế là cần phải nghiên cứu các phương

thức thực hiện một cách cẩn thận trước Các bước tiếp theo cần làm Irong suốt

quá trình thiết kế sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào phương thức thực hiện mà mình

lựa chọn

Sự phức tạp trong hệ thống tảng lên chơ kết quả mạch tích hợp ở các mức

cao hơn trong các mierochip Cổ các mức tích hợp như sau:

-_ SSI (§mall Seale Integration), nó chứa nhiều cổng độc lập trên một gối

đơn, thông thường sổ cổng không vượi quá L0 cổng

-_ MSI (Medium Scale Integratton) có độ phức tạp cao hơn trong khoảng

từ 10 đến 10 cổng trên một gối dơn

- LSI (Large Scale Integration) c6 khoang tir 100 dén vai nghin céng trén

một gói đơn

- VLSI (Very Large Scalc Inlcgration) chứa từ vài nghìn cổng đến hàng

triệu cổng trên một gói đơn

Ngoài ra, các IC cồn có thể được phân chia theo các chức năng mà nố thực

hiện, các chức năng phù hợp với thị trường và ảnh hưởng tới giá thành của

thiết bị:

-_ Thông thường (General): là các thiết bị phục vụ cho các mục đích

thông thường

- ASIC (Application Specific IC): sử dụng trong các chip hiện đại, các bộ

điểu khiển nhúng với mục đích thiết kế đáp ứng nhu cầu của người sử dụng.

Đề Quốc Bảo -9- Iép CH ALTISTT 2003

12 SỰ RA ĐỜI CỦA CÔNG NGHỆ ASIC

Nhằm cái thiện tính linh hoạt của các IC và nâng cao chất lượng ngành công

nghiệp sản xuất IC:, IHEH, đã tổ chức các hội thảo về các 1C "theo đơn đặt hàng” CÍCC (Custom Tntegrated Cireuil Conferenee) Theo đồ, có nhiều kiểu IC dang

“theo đơn đặt hàng” khác nhau được đưa ra nhằm giải quyết cho nhiều mục đích

ứng dụng cụ thể chuyên biệt Từ dây, xuất hiện một thuật ngữ mới và chính thức

được sử dụng đó là: Application - Specific IC, hay viet t&t IA ASIC Hién nay,

IEEE thutng xuyên tổ chức định kỳ các hội thảo cấp quốc lế về ASIC, nhằm điều

chỉnh và nâng cao các ưu điểm cũng như tính thuận tiện và đưa ra các công nghệ

tiên tiến của các hãng sân xuất ASïC khác nhau và phân loại chúng thành nhiều

chủng loại IC theo đơn đạt hàng Mac dù để định nghĩa được chính xác ASIC I rất khó, song chúng ta coi như đó là một thuật ngữ đã được công nhận chính thức

trung ngành công nghiệp IC

Định nghĩa tiếng Anh của thuật ngữ ÁSIC Ihco IEEE 12/1999 như sau: “ASIC

stands for Application Specitic integrated Circuits An ASIC is custom tailored IC

that perfoms a specitic task for specific application” tam dich la “ASIC 1a viét tat cia tir Application Specific Integrated Circuits, nghia IA cde mạch tích hợp ứng

dụng chuyên biệt - hoặc ngắn gợn hơn 14 “IC chuyén dụng” Tuy nhiên, nhiều

nhà “ASIC hợc” vấn quen gợi là các “TC dùng chơ mục dích của khách hàng” hoặc

là các “IC được thiết kế đặc biệt theo yêu cầu của khách hàng”

Ví dụ về các IC không phải là ASIC theo yêu cầu bao gồm các loại sau:

các chip nhớ như ROM, DRAM, và SRAM; các bộ phận xử lý các IC họ

TTL va tương dương theo công nghé SSI, MSI va LSI

Còn các IC thude ding ASIC bao gồm: các chíp dùng trung công nghiệp

giải trí; các chíp dùng trong công nghiệp vệ tính, vũ trụ, các chíp được thiết kế

dùng để giao tiếp giữa bộ vi xử lý đối với các CPU của các má

trạm làm việc và các chip chứa bộ vi xử lý bên trong cùng với các phần tử logic khắc

Theo quy tắc chúng, một IƠ có thể không phải là ASIC, nhưng đôi khi cổ những trường hợp ngoại lệ Vi dy, mot IC là chip điều khiển đối với PC và một IC

là chịp diều khiển MODEM Cả hai đều là các IC ứng dụng chuyên biệt (giống như ASIC) nhưng cả hai đều có một số điểm khác khi sử dụng vào những hệ thống khác, Ùo vậy, người ta chia họ ASIC thành ba thành viên chính: Cell based ICs