Schaltkreisentwurf

Pflichtmodul im 2. Fachsemester

Voraussetzung

Kenntnisse in Digitaler Schaltungstechnik
Programmierung

Ziele

Befähigung zum Entwurf komplexer digitaler Schaltungen in VHDL und zur Implementierung komplexer Schaltungen in FPGA’s

Inhalt

1. Einführung

1.1 Historie
1.2 Technologien, Hersteller

2. Architekturen programmierbaren Logikbausteine

2.1 Klassifikation
2.2 Programmierbare Bauelemente
2.2.1 Programmable logic array
2.2.2 Programmable array logic
2.2.3 Read only memory
2.2.4 Generic array logic
2.2.5 Complex programmable logic device
2.2.6 Field programmable gate array
2.2.6.1 Aufbau
2.2.6.2 Logische Grundelemente
2.2.6.3 I/O Architekturen
2.2.6.4 Verbindungsstrukturen
2.2.6.5 Interner RAM
2.2.6.6 Programmierung
2.2.6.7 Konfigurierung
2.2.7 FPGA Familien von XILINX

3. Methoden des Schaltungsentwurf

3.1 Entwurfstechniken
3.2 Schematic
3.3 State machine Entwurf
3.4 Hardware Beschreibungssprachen – Einführung
3.5 Abstraktionsebenen des Schaltungsentwurfs
3.5.1 Verhaltensbeschreibung
3.5.2 Strukturbeschreibung
3.5.3 Geometriebeschreibung
3.5.4 Y-Diagramm nach Gajski und Kuhn
3.6 Design Flow

4. Entwicklungsumgebung

4.1 Development – Kit für Spartan II
4.2 Entwicklungssoftware WebPack

5. Hardwarebeschreibungssprache VHDL

5.1 Grundkonzepte
5.1.1 Packages
5.1.2 Schnittstellenbeschreibung
5.1.3 Architekturbeschreibung
5.1.4 Konfiguration
5.1.5 Process
5.2 Variablen, Signale
5.2.1 Modellierung des Zeitverhaltens
5.2.2 Zeitmodelle
5.3 Datentypen
5.3.1 Skalare
5.3.2 Access
5.3.3 Zusammengesetzte Typen
5.3.4 Attribute
5.4 Bezeichner und Deklarationen
5.5 Ausdrücke
5.6 Anweisungen und Kontrollstrukturen
5.7 Nebenläufige Anweisungen
5.8 Attribute
5.9 Funktionen
5.10 Prozeduren
5.11 Components
5.12 Packages
5.13 Hierarchische Beschreibungen
5.14 Simulation

6. Schaltungsbeschreibungen

6.1 VHDL Beschreibungen kombinatorischer Schaltungen
6.1.1 Half Adder
6.1.2 Full Adder (Strukturbeschreibung)
6.1.3 XOR gate (Stukturbeschreibung)
6.2 VHDL Beschreibungen sequentieller Schaltungen
6.2.1 D – Flipflop
6.2.2 Tri-State Ausgangsstufen
6.2.3 Bustreiber
6.3 Register
6.3.1 Verhaltensbeschreibung
6.3.2 Generische Strukturmodelle
6.3.3 Strukturbeschreibung
6.4 Schieberegister
6.5 Zähler
6.6 Automaten
6.7 Speicherblöcke
6.8 Entwurf eines Mikroprozessors
6.9 Digitale Filter in FPGA Strukturen

Literatur

Meyer-Baese, U.: Digital Signal Processing with FPGA. Springer 2014
Churiwala, A.: Designing with XILINX FPGAs Using Vivado. Springer 2017
Kesel. F; Bartholomä, R.: Entwurf von digitalen Schaltungen und Systemen mit HDLs und FPGAs. Oldenbourg Verlag 2006
Reichardt, J.; Schwarz, B.: VHDL-Synthese. Oldenbourg Verlag 2003
Jorke, G.: Rechnergestützter Entwurf digitaler Schaltungen., Hanser - Verlag 2004
Hervé, Y.: VHDL-AMS. Oldenbourg Verlag 2006
Wannemacher, M.: Das FPGA – Kochbuch. 1. Auflage, Bonn, Internat. Thomson Publ., 1998
Sikora, A.: Programmierbare Logikbausteine. Hanser – Verlag 2001
Auer, A.: Programmierbare Logic – IC. 2. Auflage, Hüthig – Verlag Heidelberg 1994
Auer, A.; Rudolf, D.: FPGA.Hüthig – Verlag Heidelberg 1995
Herrmann, G.; Müller, D.: ASIC – Entwurf und Test. Fachbuchverlag Leipzig 2004
Reifschneider, N.: CAE-gestützte IC-Entwurfsmethoden. Prentice Hall
Mäder, A.: VHDL Kompakt.
Ritter, J.; Molitor, P.: VHDL eine Einführung. Pearson 2004
Siemers, Ch.: Prozessorbau. Hanser Verlag Verlag 1999