Detail předmětu

Pokročilé číslicové systémy

FIT-PCSAk. rok: 2013/2014

Tento předmět je zaměřen na výuku pokročilých technik pro návrh číslicových obvodů. Nejprve je uveden stručný přehled základních přístupů pro modelování a simulaci obvodů s využitím jazyka VHDL a shrnuty základní vlastnosti cílových technologií jako jsou ASIC a FPGA. Následně jsou popsány pokročilé techniky minimalizace a syntézy číslicových obvodů (pipelining, retiming), které jsou doplněny o aplikaci omezujících podmínek. Hlavní část kurzu je zaměřena na objasnění základních teoretických přístupů pro syntézu obvodů z vysokoúrovňových programovacích jazyků jako je např. C/C++. Popsána je zejména problematika reprezentace obvodu, proces plánovaní, alokace a přiřazení zdrojů. Získané teoretické znalosti jsou následně aplikovány při návrhu obvodů v moderním návrhovém prostředí CatapulC. Uvedená problematika je doplněna o další důležitá témata z této oblasti, jako je např. syntéza obvodů s ohledem na spotřebu a verifikace číslicových obvodů s využitím metodologie OVM.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

Garant předmětu

doc. Dr. Ing. Otto Fučík

Zajišťuje ústav

Ústav počítačových systémů (UPSY)

Výsledky učení předmětu

Studenti jsou schopni navrhnout komplexní číslicový systém optimalizovaný podle různých hledisek s využitím moderních návrhových metod, programovacího jazyka na vyšší úrovni (C/C++) a profesionálních návrhových systémů (CatapultC).

Prerekvizity

Základy návrhu číslicových systémů, základy programování.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Výuka předmětu je realizována formou: Přednáška - 2 vyučovací hodiny týdně, Cvičení na poč. - 1 vyučovací hodina týdně, Projekty - 1 vyučovací hodina týdně.

Způsob a kritéria hodnocení

Hodnocení studia je založeno na bodovacím systému. Pro úspěšné absolvování předmětu je nutno dosáhnout 50 bodů.

Zápočet není ustanoven.

Osnovy výuky

    Osnova přednášek:
    • Přehled tradičních technik, algoritmů a nástrojů pro návrh číslicových obvodů.
    • Přehled technologií pro realizaci číslicových obvodů (ASIC, FPGA).
    • Algoritmy pro minimalizaci číslicových obvodů.
    • Pokročilé techniky syntézy číslicových obvodů (pipelining, retiming)
    • Aplikace omezujících podmínek.
    • Syntéza obvodů z jazyků vyšší úrovně (plánování, alokace, přiřazení)
    • Syntéza obvodů z jazyků vyšší úrovně (syntéza smyček)
    • Návrh obvodů v prostředí CatapultC (základní konstrukce jazyka C/C++)
    • Návrh obvodů v prostředí CatapultC (syntéza smyček, přístup do paměti)
    • Návrh číslicových obvodů s ohledem na nízkou spotřebu.
    • Rekonfigurovatelné počítání.
    • Verifikace číslicových obvodů (metodologie OVM).

    Osnova počítačových cvičení:
    • Syntéza základních logických obvodů, pipelining, retiming.
    • Aplikace omezujících podmínek.
    • Základní techniky návrhu obvodů v prostředí CatapultC.
    • Pokročilé techniky návrhu obvodů v prostředí CatapultC.
    • Verifikace číslicových obvodů.

    Osnova ostatní - projekty, práce:
    • Individuální projekt zaměřený na návrh jednoduché komponenty v prostředí CatapultC.

Učební cíle

Seznámit studenty s pokročilými metodami návrhu komplexních číslicových systémů, s jazyky pro popis hardware, profesionálními vývojovými prostředky, s implementací obvodů na programovatelných logických obvodech a technikami pro optimalizaci návrhu podle různých kritérií.

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

Půlsemestrální písemná zkouška a vypracování projektu v předepsaném termínu.

Základní literatura

Micheli G., High-Level Synthesis from Algorithm to Digital Circuit, ISBN 978-1-4020-8587-1, 2008 (EN)

Doporučená literatura

Khatri S. P., Gulati K. (eds.): Advanced Techniques in Logic Synthesis, Optimizations and Applications, ISBN 978-1-4419-7517-1, 2011 (EN)
Rabaey J., Pedram M.: Low Power Design Methodologies, Kluwer, ISBN 0792396308, 1996 (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program IT-MGR-2 magisterský navazující

    obor MBS , 0 ročník, zimní semestr, volitelný
    obor MIN , 0 ročník, zimní semestr, volitelný
    obor MIS , 0 ročník, zimní semestr, volitelný
    obor MMI , 0 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
    obor MMM , 0 ročník, zimní semestr, volitelný
    obor MPV , 2 ročník, zimní semestr, povinný
    obor MBI , 0 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
    obor MGM , 0 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
    obor MSK , 0 ročník, zimní semestr, volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Dr. Ing. Otto Fučík

Osnova

  • Přehled tradičních návrhových technik, algoritmů a nástrojů pro kombinační a sekvenční logické obvody.
  • Strukturovaný návrh. Návrhové strategie. Dekompozice návrhu. Návrhové systémy CAD
  • Úvod do jazyka VHDL.
  • Základní konstrukce jazyka VHLD. Simulace a syntéza.
  • Základní modelovací techniky jazyka VHDL.
  • Návrh na algoritmické úrovni.
  • Návrh na úrovni meziregistrových přenosů.
  • Návrhové techniky VHDL. Optimalizace návrhu podle různých hledisek.
  • Návrhový proces obvodů ASIC a PLD. Rychlé prototypování.
  • Modelování pro syntézu.
  • Návrh shora-dolů ve VHDL.
  • Příklady komplexních číslicových systémů popsaných ve VHDL.
  • Algoritmy pro automatizovaný návrh. Hardware/software co-design.

Cvičení na počítači

10 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Dr. Ing. Otto Fučík

Osnova

  • Návrh, schéma a simulace úplné 4 bitové kombinační sčítačky s kaskádním přenosem.
  • Modelování a simulace kombinačních logických obvodů ve VHDL.
  • Modelování a simulace sekvenčních logických obvodů ve VHDL.
  • Modelování, simulace a implementace 16-ti bitové sekvenční násobičky popsané ve VHDL.

Projekt

16 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Dr. Ing. Otto Fučík