Проектирование цифровых устройств

В производственном процессе я касался многих тем связанных с проектированием цифровых устройств, в частности создание одноуровневых и иерархических принципиальных схем. Чтение и составление принципиальных схем является неотъемлемой частью данного производства. Стандарты на составление принципиальных схем и графическое отображение элементов активно используется на предприятиях этого типа. Я познакомился с основными принципами составления принципиальных схем. Изучал описание стандартов, а также проходил практику, которая используется в обозначениях элементов и составления качественных принципиальных схем.

На производстве я коснулся теории отладки проекта на ПЛИС с использованием учебного отладочного оборудования — электронных компонентов, используемых для создания цифровых интегральных схем. В отличие от обычных цифровых микросхем, логика работы ПЛИС не определяется при изготовлении, а задаётся посредством программирования (проектирования). На данном предприятии используются программаторы и отладочные среды, позволяющие задать желаемую структуру цифрового устройства в виде принципиальной электрической схемы или программы на специальных языках описания аппаратуры: Verilog, VHDL, AHDL и др.

При работе с проектами на ПЛИС я прошел теоретический курс по языку VHDL — язык описания аппаратуры интегральных схем. Язык проектирования VHDL является базовым языком при разработке аппаратуры современных вычислительных систем. В VHDL синтаксисе я научился описывать модель в разных стилях (структурное, потоковое, поведенческое описания), а также встраивать в описание фрагменты языков программирования высокого уровня (Си, Паскаль). Этим и достигается его большая универсальность и применяемость не только для описания архитектур вычислительных систем. Например, моделирование разных физических систем у него имеет поддержку в виде типов с физическими размерностями, что мне поможет в дальнейшем на производстве.

В процессе практики, я так же, принимал участие в синтезе комбинационных схем различного назначения. В частности конструкторские (геометрические размеры корпусов компонентов, соотношение внутренних и внешних связей, количество выводов, форма выводов), технологические (тип выводов, метод крепления и монтажа), комбинированные — сочетание конструкторских и технологических методы синтеза изделий. Кроме этого изучал процесс моделирования работы комбинационных схем.

Для реализации возможности создания, моделирования и отладки описаний на языке VHDL предназначена модель псевдопроцессора (VHDCPU). Во множество инструкций этой машины вошли команды для исполнения алгоритма работы цифровых устройств: арифметические операции, операции работы с памятью, различные команды переходы, вызов подпрограмм, обработка корректности вычислений (переполнение, выход за границу диапазона), работа с очередью событий. Для компиляции VHDL — описания был разработан специализированный компилятор в код VHDCPU. В качестве средства разбора текстов был использован универсальный синтаксический анализатор, разработанный в Гомельском госуниверситете. Для его использования было создано описание языка VHDL в виде правил БНФ, адаптированного для разбора текста. Для симуляции работы устройств, представленных в виде VHDL-описаний, была расширена система моделирования (введена delta величина для событий системы) для пошаговой отладки по исходным текстам описания. Для анализа результатов моделирования VHDL-описания доступны все средства анализа системы: окно просмотра временных диаграмм, истории значений контактов, дампов памяти, отладка по исходным текстам, а также исполнение с учётом точек останова, пошаговая отладка, окна просмотра переменных.