BÀI GIẢNG môn học hệ NHÚNG CHƯƠNG 6 GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ mới

Công nghệ FPGA• FPGA: công nghệ thiết kế IC số chuyên dụng ASIC – Application Specific IC: vi điều khiển, IC xử lý tín hiệu số, IC điều khiển LCD… • FPGA Field Programmable Gate Arrays:

BÀI GIẢNG MÔN HỌC HỆ NHÚNG

Chương 6: Giới thiệu công nghệ mới

6.1 Công nghệ FPGA

6.2 Công nghệ FPAA

6.3 Công nghệ PSOC

6.1 Công nghệ FPGA

• FPGA: công nghệ thiết kế IC số chuyên dụng (ASIC – Application Specific IC): vi điều khiển, IC xử lý tín hiệu số,

IC điều khiển LCD…

• FPGA (Field Programmable Gate Arrays):

• Chip FPGA là một chip “trắng”, bên trong gồm các mảng cổng logic và phần tử nhớ cơ bản (flip-flop, AND, OR, XOR, NOT)

• Các cổng sẽ được liên kết với nhau để tạo thành các IC chuyên dụng

• Cho phép lập trình (sử dụng các ngôn ngữ mô tả phần cứng – HDL) để tạo ra các cấu hình, liên kết, kết nối các cổng trong chip FPGA

2

Trước khi có công nghệ FPGA

3

Thiết kế mạch thực thi các hàm logic

-Mỗi mạch cần thiết kế bao gồm các cổng logic và các flip- flops

-Sử dụng các phương pháp tối giản hóa để đơn giản mạch thực thi

Chỉ phù hợp cho

thiết kế nhỏ

Trước khi có công nghệ FPGA

-Giao diện đồ họa

Không khả thi cho

các thiết kế lớn

Ưu, nhược điểm của các phương pháp cũ

Ưu điểm:

• Dễ áp dụng

Nhược điểm của thiết kế

• Qua thiết kế chỉ cho thấy được kết nối vật lý trong mạch mà không cho thấy chức năng của mạch

• Gặp khó khăn khi thiết kế các mạch phức tạp

Đọc thiết kế có thể

thấy được chức năng của mạch dễ dàng

hơn.

Copyright (c) 10/2006 by NPB 7

Các bước thiết kế IC số sử dụng FPGA & VHDL

• Bước 1: Viết mã VHDL (Register Transfer Level)

• Bước 2: Tổng hợp

• Biên dịch mã VHDL thành Netlist

• Tối ưu Netlist (về tốc độ/diện tích) – mô phỏng thiết kế

• Bước 3: Xếp chỗ và nối dây

• Dùng phần mềm tạo layout cho chip PLD/FPGA hoặc các mặt nạ cho ASIC

Quy trình thiết kế

Viết mã HDL Tổng hợp

Mô phỏng về chức năng

Gán chân

Phân tích và mô phỏng về thời gian

Chuyển thiết kế lên chip thật

Thiết kế sử dụng ngôn ngữ VHDL

9

6.2 Công nghệ FPAA

• FPAA: công nghệ thiết kế IC tương tự chuyên dụng (ASIC – Application Specific IC): bộ lọc, khuếch đại, thu thập số liệu …

• FPAA (Field Programmable Analog Arrays):

• FPAA bao gồm một số khối CAB (Configurable Analog Block), mỗi CAB bao gồm 1 bộ khuyêch đại thuật toán, 1 mảng các tụ lập trình được và 1 mảng điện trở lập trình được và một hệ thống các chuyển mạch

• Các phần tử sẽ được liên kết với nhau để tạo thành các IC tương tự chuyên dụng

• Cho phép lập trình (sử dụng các ngôn ngữ mô tả phần cứng AMS-VHDL - Analog Mixed Signal VHDL ) để tạo ra các cấu hình đi dây, liên kết, kết nối các phần tử trong chip FPAA

10

Cấu tạo chip FPAA

11

Bên trong 1 chip FPAA

Cấu tạo CAB

12

Bên trong một khối CAB

Thiết kế IC tương tự sử dụng schematic

13

Thiết kế trên phần mềm Anadigm Designer 2

Thiết kế sử dụng ngôn ngữ AMS-VHDL

14

6.3 Công nghệ PSOC

• PSoC (Programmable System On Chip): hệ thống khả trình trên một chip

• Cho phép thay đổi cấu hình của chip bằng cách thay đổi chức năng cho các khối tài nguyên có sẵn trên chip

• Cho phép kết nối mềm dẻo giữa các khối chức năng với nhau và giữa các khối chức năng và các cổng vào ra

• Cho phép tạo ra các vi điều khiển có cấu hình và sơ đồ chân theo yêu cầu

15

Cấu tạo chip PSoC

• Các khối ngoại vi số và tương tự có thể lập trình được

• Một bộ vi xử lý + bộ nhớ chương trình (EEPROM) + bộ nhớ RAM

• Chip PSoC phổ biến của hãng Cypress

16

Cấu tạo chip PSoC CY8C27xx

• Bộ vi xử lý kiến trúc Harvard

• Tần số tối đa 24Mhz

• Ngoại vi (có thể sử dụng độc lập hoặc kết hợp)

• Ngoại vi tương tự

• ADC (có thể lên tới 14bit)

• DAC (có thể lên tới 9 bit)

• Bộ khuếch đại lập trình được

• Bộ lọc và so sánh lập trình được

• Ngoại vi số

18

Cấu tạo chip PSoC CY8C27xx

Môi trường phát triển

• Công cụ PSoC Designer: giao diện kéo thả trực quan

• Chip PSoC của hãng Cypress

• Mạch nạp chuyên dụng

20

PSoC Designer

21

Thảo luận