DLP29007-2019-2

Dispositivos Lógicos Programáveis 2: Diário de Aula 2019-2

• Professor: Roberto de Matos
• Encontros: 2ª (a cada 15 dias) e 6ª às 15:40h
• Local: Laboratório de Programação
• Atendimento Paralelo: 4ª às 10h e 14h (1h cada)
• Plano de Ensino
• Cronograma de Aulas: Conteúdo Programado no Portal SIGAA
• Notas

Links Úteis

• Usando os Kits de FPGA
  • Preparando para gravar o circuito lógico no FPGA
  • Configuração da USB para programação do FPGA via JTAG
  • Interfaces de entrada e saída da DE2-115

Materiais de Aula

• Lecture 01: Complexity Mangement and the Design of Complex Digital Systems

Aula 29/07/2019 – Apresentação

• Apresentação do professor.
• Apresentação da disciplina.
• Projetos com FPGA

Aula 02/08/2019 – Complexidade e Projeto de Sistemas Digitais

• Exemplo uC vs. FPGA
• Notas de Aula:
  • Lecture 01: Complexity Mangement and the Design of Complex Digital Systems

Aula 09/08/2019 – Complexidade e Projeto de Sistemas Digitais (cont.)

• Notas de Aula:
  • Lecture 01: Complexity Mangement and the Design of Complex Digital Systems

• Experimento:
  • Medição de tempos de propagação em circuitos combinacionais Até Visualização dos tempos de propagação no Chip Planner
  • Uso de Logic Lock para definir a área a ser ocupada pelo circuito
• Exercício:
  • Exercício 01: Tempo de Propagação

Aula 12/08/2019 – Não Houve Aula

• FINALIZAR O EXERCÍCIO:
  • Exercício 01: Tempo de Propagação

Aula 16/08/2019 – Síntese do VHDL

• Lecture 02: Synthesis of VHDL Code
• Concepção dos operadores em VHDL

• Experimento:
  • Medição de tempos de propagação em circuitos combinacionais A partir de Configurando o compilador
  • Exemplo usando DSE

• F1 Instances
  • Amazon F1
  • Building FPGA applications on AWS

Aula 23/08/2019 – Eficiência de Circuitos Combinacionais

• Leitura recomendada:
  • Capítulo 7 do livro do Chu

• Notas de aula:
  • Lecture 03: Efficient Design of Combinational Circuits

Aula 26/08/2019 – Eficiência de Circuitos Combinacionais

• Experimentos Circuitos Combinacionais:
  • Prática Circuitos Combinacionais

Aula 30/08/2019 – Eficiência de Circuitos Sequenciais

• Leitura recomendada:
  • Capítulo 8 e 9 do livro do Chu

• Notas de aula:
  • Eficiência e Prática de Circuitos Sequenciais

• Experimentos Circuitos Sequenciais:
  • Prática Circuitos Sequenciais

• SDC:

create_clock -name CLK50MHz -period 50MHz [get_ports {clk}] derive_pll_clocks derive_clock_uncertainty </syntaxhighlight>

• Exemplo simples e muito bom de Glitch:
  • http://www.designcabana.com/knowledge/electrical/electronics/digital/propag/

Aula 02/09/2019 – Eficiência de Circuitos Sequenciais (cont.)

• Experimentos Circuitos Sequenciais:
  • Prática Circuitos Sequenciais

• SDC:

create_clock -name CLK50MHz -period 50MHz [get_ports {clk}] derive_pll_clocks derive_clock_uncertainty </syntaxhighlight>

• Recommended Design Practices - Original
• Prática Recommended Design Practices - Marcado

Aula 09/09/2019 – Máquinas de Estado

• Leitura recomendada:
  • Capítulo 10 do livro do Chu

• Notas de aula:
  • Lecture 05: Finite State Machines: Principle and Practice

Aula 13/09/2019 – Máquinas de Estado (cont.)

• Leitura recomendada:
  • Capítulo 10 do livro do Chu

• Notas de aula:
  • Lecture 05: Finite State Machines: Principle and Practice

• Experimentos Máquinas de Estado:
  • FSM Memory Controller

Aula 20/09/2019 – Apresentação A2

• Arquivo Inicial
• Resolver os problemas utilizando as técnicas estudadas:
  • Verificar a possibilidade de compartilhamento de operador e funcionalidade. Aplicar "time sharing" onde for possível.
  • Resolver problemas de reset assíncrono e manipulação de clock.

• Contador Principal:
  • Usar o PLL para diminuir o tamanho do contador.
  • Verificar a possibilidade da substituição de contadores pelo contador LFSR (ler seção 9.2.3)

• FSM
  • Implementar máquina de estado com a funcionalidade de despertar e soneca.
  • Usar a técnica look-ahead buffer para sincronizar a saída.

• Relatório:
  • Diagramas de hardware de antes e depois da mudança.
  • Explicar as mudanças referenciando as bases teóricas utilizadas.
  • Diagrama ASM da máquina de estado
  • Tabelas de comparação discutindo resultados de área e frequência.
  • Apresentar as estratégias de testes e apontar como replicar os resultados.
  • Enviar o QAR com projeto completo (*.VHD, *.VHT e/ou *.DO).

• O trabalho deve funcionar da DE2-115
• Apresentação e defesa pela dupla
• Data: 13/10

Aula 23/09/2019 – Desenvolvimento A2

Aula 27/09/2019 – Desenvolvimento A2

Aula 04/10/2019 – Desenvolvimento A2

Aula 07/10/2019 – Desenvolvimento A2

Aula 11/10/2019 – Desenvolvimento A2

Aula 18/10/2019 – Desenvolvimento A2

Aula 21/10/2019 – Apresentação A2

Aula 25/10/2019 – Não houve Aula

Aula 29/10/2019 – AULA EXTRA: Introdução ao NIOS II

• Objetivo:
  • Entender o método para desenvolvimento de software do NIOS II

• Experimento:
  • Laboratório NIOS II

Aula 01/11/2019 – Introdução ao NIOS II (cont.)

Aula 04/11/2019 – Introdução ao NIOS II (cont.)

Roteiro para os impacientes:

OBS.: Você deve fazer pelo menos uma vez o roteiro Laboratório NIOS II, pois lá existe muito conteúdo teórico interessante.

• Abra "Tools -> Platform Designer"
• Configure o dispositivo do projeto. Família: Cyclone IV; Device: EP4CE115F29C7.
• Verifique se o "clk_0" está setado para 50 MHz
• Adicione os seguintes componentes com os seguintes nomes (o nome precisa estar exatamente igual).
  • Obs.: Conecte os clocks e resets de todos os blocos no clk e clk_reset do "clk_0".

1- On-Chip Memory (RAM or ROM):

 Tamanho: 20480
 Nome: onchip_mem

2- Nios II (Classic) Processor:

 Selecione: Nios II/s
 Hardware multiplication type: None
 Nome: cpu
 Finalize
 Conecte o clk e o reset_n
 Conecte as portas data_master e instruction_master na porta s1 da "onchip_mem"
 Abra as configurações da "cpu" e defina o seguinte:
   - Para o Reset vector e Exception vector a memória "onchip_mem.s1"
   - Cache de 2Kbytes

3- JTAG UART

 Nome: jtag_uart
 avalon_jtag_slave <= data_master ("cpu")

4- Interval Timer

 Nome: sys_clk_timer
 s1 <= data_master

5- System ID Peripheral

 Nome: sysid
 control_slave <= data_master 

6- PIO (Parallel I/O)

 Nome: led_pio
 s1 <= data_master
 Exporte a porta external_connection
 

• Defina os endereços base: "System menu -> Assign Base Addresses"
• Selecione as IRQs e defina IRQ Timer = 1 e IRQ JTAG =16
• Clique em "Generate HDL ...", selecione VHDL, clique "Generate"
• Feche o "Platform Designer"

Aula 08/11/2019 – Modificando o sistema - Exercício 1

• Exercício 1:
  • Adicione 8 entradas e ligue nas chaves da DE2-115
  • Utilizando os conceitos de ponteiros relembrados na última aula, implemente um programa simples que escreva nas chaves os estados das chaves.

Aula 18/11/2019 – Modificando o sistema - Exercício 1 (cont.)

• • QAR Base

• system.h: fornece endereços base gerados automaticamente. Exemplo:

1. define SW_PIO_BASE 0x11020

</syntaxhighlight>

• alt_types.h: fornece tipos de dados de baixo nível explicitamente definidos.

typedef signed char alt_8; typedef unsigned char alt_u8; typedef signed short alt_16; typedef unsigned short alt_u16; typedef signed long alt_32; typedef unsigned long alt_u32; typedef long long alt_64; typedef unsigned long long alt_u64; </syntaxhighlight>

• io.h: fornece macros de leitura e escrita aprimoradas para registro de E/S.
  • IORD(base, offset): lê um registro de E/S com o endereço base e o deslocamento especificados.
  • IOWR(base, offset, data): escreve em um registro de E/S com o endereço base especificado e o deslocamento.

Aula 22/11/2019 – Análise das Correções

• Foi feita a análise individual de cada grupo para as correções da A2.

Aula 29/11/2019 – Modificando o Sistema e A3

• Exercício 2:
  • Adicione o LCD no sistema.
  • Verifique a documentação da biblioteca do LCD da Intel, inicialize o display e escreva algo nele.

A3 - Nios II e DE2-115

• Temas selecionados por Sorteio em sala de aula:
  • G1 - Alisson e Guilherme: USB Paintbrush
  • G2 - Rafael e Suyan: SD Card Demonstration
  • G3 - Allex, Ana e Douglas: PS/2 Mouse demonstration
  • G4 - Felipe: Audio Recording and Playing
  • G5 - Theodor: Karaoke Machine

• Material:
  • Site Terasic

• 06/12 Apresentação da demo:
  • Apresentação demonstração funcionando.
  • Apresentar as características dos componentes com os quais a FPGA interage na demonstração. Por exemplo, interfaces, funcionalidades, etc.
  • Propor modificação

• 13/12 Apresentação da modificação:
  • Fazer uma pequena modificação no hardware e no software e apresentar para a turma

Aula 02/12/2019 – Apoio A3

Aula 06/12/2019 – Apresentação Demonstração

• Ordem de apresentação:
  • G3 – G4 – G1 – G2 – G5
• Slides
  • G4 - Felipe - Audio Recording and Playing

Aula 13/12/2019 – Apresentação da modificação

• Ordem de apresentação:
  • G1 – G3 – G5 – G4 – G2