Thực hành Thiết kế mạch số với HDL - ĐH Bách khoa TP.HCM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT MÁY TÍNH ------oOo-----<br /> <br /> THỰC HÀNH THIẾT KẾ MẠCH SỐ VỚI HDL<br /> <br /> TP.HCM, 9-2009<br /> <br /> Giới thiệu<br /> Bộ tài liệu thực hành thiết kết mạch số với HDL được soạn thảo nhằm mục đích hỗ trợ các bạn sinh viên trong việc tiếp xúc với ngôn ngữ đặc tả phần cứng. Mà cụ thể là hỗ trợ cho môn học thiết kết mạch số với HDL. Tài liệu này bao gồm 9 bài, tương ứng với 9 buổi. Nội dung chu yếu hướng đến việc học tư duy thiết kết phần cứng. Giúp sinh viên luyện tập các kỹ năng lập trình với Verilog, mô phỏng trên Model Sim hay trực tiếp trên board DE2. Mặc dù rất cố gắng để nhưng cũng không thể tránh khỏi những sai sót. Vì vậy rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ phía bạn đọc hoặc các bạn sinh viên. Chân thành cảm ơn! TP.HCM, ngày 27tháng 9 năm 2009<br /> <br /> Mục lục <br /> Buổi 1. Tổng quan về các phần mềm thiết kế trên FPGA ....................................... 7 I. Giới thiệu Board DE2 của Altera ............................................................................. 7 1. Giới thiệu .......................................................................................................... 7 2. Thành phần ....................................................................................................... 7 3. Một vài ứng dụng của board DE2 .................................................................... 8 II. Cách cài đặt Quartus II 8.0 và Nios II ..................................................................... 9 1. Giới thiệu .......................................................................................................... 9 2. Cài đặt ............................................................................................................. 10 III. Cách nạp chương trình cho Quartus II 8.0: ............................................................ 13 1. Tạo 1 project: .................................................................................................. 13 2. Viết chương trình và biên dịch: ...................................................................... 17 3. Tạo file mô phỏng (simulate) và bắt đầu simulate ......................................... 22 4. Cấu hình chân và nạp lên board...................................................................... 30 Buổi 2. Mạch tổ hợp và mạch tuần tự...................................................................... 40 I. Giới thiệu ............................................................................................................... 40 1. Giới thiệu ........................................................................................................ 40 2. Hướng dẫn thiết kế FPGA thông qua sơ đồ khối/Schematic .......................... 40 II. Bài tập .................................................................................................................... 46 Buổi 3. Lập trình Verilog với mô hình cấu trúc ..................................................... 48 I. Giới thiệu ModelSim ............................................................................................. 48 1. Giới thiệu ........................................................................................................ 48 2. Cài đặt ............................................................................................................. 48 3. Hướng dẫn ...................................................................................................... 58 II. Bài tập .................................................................................................................... 65 Buổi 4. Mô hình hành vi ............................................................................................ 67 I. Bài tập .................................................................................................................... 67 Buổi 5. Mô hình hành vi (tt)...................................................................................... 71 I. Bài tập .................................................................................................................... 71 Buổi 6. Máy trạng thái .............................................................................................. 75 I. Giới thiệu ............................................................................................................... 75 1. Giới thiệu ........................................................................................................ 75 2. Hướng dẫn ...................................................................................................... 75 II. Bài tập .................................................................................................................... 83<br /> <br /> Mục lục hình <br /> Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình 1.Board DE2 ............................................................................................................. 7 2. TV Box.................................................................................................................. 8 3. Chương trình vẽ (paintbrush) ................................................................................ 9 4. Máy hát Karaoke và máy chơi nhạc từ card SD ................................................... 9 5. Thông báo chưa cài dirver .................................................................................. 10 6. Chọn cách thức cài đặt driver ............................................................................. 11 7. Chọn thư mục tìm kiếm driver ............................................................................ 11 8. Chọn thư mục chứa dirver .................................................................................. 12 9. Thông báo lỗi ...................................................................................................... 12 10. Thông báo cài đặt hoàn tất ................................................................................ 13 11. Tạo mới một project .......................................................................................... 14 12. Hộp hội thoại tạo mới project ........................................................................... 15 13. Hộp thoại lựa chọn chip .................................................................................... 16 14. Hộp thoại tổng hợp các thông tin của project ................................................... 17 15. Tạo mới file....................................................................................................... 18 16. Lựa chọn loại file cần tạo .................................................................................. 19 17. Cửa sổ viết code ................................................................................................ 19 18. Cửa sổ lập trình ................................................................................................. 20 19. Hộp thoại lưu file .............................................................................................. 20 20. Lựa chọn lop-level cho file ............................................................................... 21 21. Biên dịch chương trình ..................................................................................... 21 22. Thông báo việc biên dịch thành công ............................................................... 22 23. Tạo mới file testbench....................................................................................... 23 24. Chọn tín hiệu sẽ được test ................................................................................. 23 25. Hộp thoại lựa chọn tín hiệu ............................................................................... 24 26. Cửa sổ lựa chọn tín hiệu ................................................................................... 24 27. Xác nhận lại việc lựa chọn tín hiệu ................................................................... 25 28. Thiết lập giá trị cho các tín hiệu........................................................................ 25 29. Cửa sổ Save As ................................................................................................. 26 30. Lựa chọn chế độ simulate ................................................................................. 26 31. Cửa sổ thiết lập các thông số của quá trình simulate ........................................ 27 32. Thực hiện chức năng tổng hợp và phân tích chương trình ............................... 27 33. Thông báo thành công ....................................................................................... 28 34. Thiết lập file testbench cho chương trình ......................................................... 28 35. Lựa chọn đường dẫn lưu trữ file testbench ....................................................... 28 36. Chỉ định vị trí lưu trữ file testbench .................................................................. 29 37. Tiến hành quá trình simulation ......................................................................... 29 38. Thông báo simulate thành công ........................................................................ 30 39. Kết quả quá trình mô phỏng (simulation) ......................................................... 30 40. Cửa sổ gán chân ................................................................................................ 31 41. Các tín hiệu cần gán chân ................................................................................. 31 42. Danh sách các chân có thể được gán ................................................................ 32 43. Quá trình gán chân hoàn tất .............................................................................. 32 44. Lưu lại file cấu hình chân ................................................................................. 33<br /> <br /> Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình<br /> <br /> 45. Hộp thoại load file cấu hình chân ..................................................................... 33 46. Cửa sổ lập trình (nạp) ....................................................................................... 34 47. Cửa sổ Hardware Setup .................................................................................... 35 48. Cửa sổ lập trình ................................................................................................. 35 49. Cửa sổ thiết bị ................................................................................................... 36 50. Cứa sổ Device & Pin Options ........................................................................... 37 51. Thông báo thay đổi chế độ lập trình ................................................................. 37 52. Cửa sổ lập trình trong chế độ AS ...................................................................... 38 53. Lựa chọn file cấu hình ...................................................................................... 38 54. Quá trình lập trình hoàn tất ............................................................................... 39 55. Cửa sổ lựa chọn loại file ................................................................................... 41 56. Cửa sổ làm việc của Quartus ............................................................................ 42 57. Hộp thoại lựa chọn linh kiện có trong thư viện ................................................ 43 58. Đặc linh kiện lên cửa sổ làm việc ..................................................................... 44 59. Cửa sổ gán chân cho tín hiệu xuất nhập ........................................................... 45 60. Hoàn tất việc vẽ mạch ....................................................................................... 45 61. Lựa chọn file cấu hình cho project ................................................................... 46 62. Cửa sổ cài đặt ModelSim .................................................................................. 49 63. Cửa sổ cài đặt ModelSim .................................................................................. 50 64. Cửa sổ lựa chọn thư mục cài đặt ....................................................................... 51 65. Lựa chọn tên thư mục cho chương trình ........................................................... 52 66. Tổng hợp thông tin cài đặt ................................................................................ 53 67. Thanh process cài đặt ........................................................................................ 53 68. Cửa sổ thông báo license của phần mềm .......................................................... 54 69. Đăng ký thông tin.............................................................................................. 55 70. Xem thông tin card mạng của máy ................................................................... 56 71. Cửa sổ thuộc tín của hệ thống ........................................................................... 57 72. Cửa sổ biến môi trường..................................................................................... 58 73. Hộp thoại tạo mới một biến môi trường ........................................................... 58 74. Cửa sổ làm việc của ModelSim ........................................................................ 59 75. Tạo mới project ................................................................................................. 59 76. Thông tin của project mới ................................................................................. 60 77. Thêm các file vào project .................................................................................. 60 78. Hộp thoại tạo mới file ....................................................................................... 60 79. Cửa sổ soạn thảo ............................................................................................... 61 80. Tạo mới file....................................................................................................... 61 81. Thêm file vào project ........................................................................................ 62 82. Code verilog file testbench ............................................................................... 62 83. Thư viện word ................................................................................................... 63 84. Thực hiện simulate ............................................................................................ 63 85. Chọn tín hiệu sẽ được vẽ dạng sóng (giản đồ) .................................................. 64 86. Cửa sổ lệnh ....................................................................................................... 64 87. Giản đồ thơi gian của các tín hiệu..................................................................... 65 88. Kết thúc quá trình simulate ............................................................................... 65 89. Sơ đồ kết nối mạch ........................................................................................... 66 90. Kết nối mạch ..................................................................................................... 68<br /> <br />