450-4029/03 – Programování hradlových polí (PHP)

Garantující katedraKatedra kybernetiky a biomedicínského inženýrstvíKredity4
Garant předmětuIng. Vladimír Kašík, Ph.D.Garant verze předmětuIng. Vladimír Kašík, Ph.D.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostvolitelný odborný
RočníkSemestrzimní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2018/2019Rok zrušení
Určeno pro fakultyFEIUrčeno pro typy studianavazující magisterské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
KAS73 Ing. Vladimír Kašík, Ph.D.
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 2+2
kombinovaná Zápočet a zkouška 0+16

Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi

Cílem předmětu je seznámit studenty s moderními prostředky pro návrh a realizaci složitých logických obvodů. Náplň výuky koresponduje s požadavky na vysokou hustotu integrace, obvodovou rychlost, nízkou energetickou spotřebu a spolehlivost logických obvodů. Po absolvování předmětu jsou studenti schopni zvolit pro řešený úkol vhodné vývojové prostředky a provést návrh a implementaci kombinačních a sekvenčních logických funkcí na základě zadaných požadavků. Následně jsou schopni logický návrh odladit v logickém simulátoru. Vstupní návrh přitom zadávají ve formě schématu, stavového diagramu nebo popisu v jazyce VHDL.

Vyučovací metody

Přednášky
Individuální konzultace
Experimentální práce v laboratoři
Projekt

Anotace

Předmět se zabývá technikou návrhu programovatelných logických součástek, především typu FPGA a CPLD. Na několika představitelích je popsána vnitřní architektura těchto součástek. Do návrhových technik je zařazen popis obvodů pomocí schématu, stavového diagramu i jazyka VHDL. Zvláštní pozornost je věnována některým specifickým aspektům použitých technik: synchronní návrh, inkrementální návrh, hierarchické struktury návrhu, a další. Na cvičeních se studenti seznámí s vývojovým prostředím pro návrh, simulaci a implementaci projektu. Zároveň si průběžně experimentálně ověří dosažené výsledky na vývojových deskách s obvody FPGA.

Povinná literatura:

Kašík, V.: Programování hradlových polí. Učební text a návody do cvičení. VŠB-TUO, FEI, 2012. Šťastný, J.: FPGA prakticky. BEN - technická literatura, 2011. ISBN: 978-80-7300-261-9. Pinker, J. – Poupa, M.: Číslicové systémy a jazyk VHDL. BEN - technická literatura, 2006. ISBN: 80-7300-198-5. Parnell, K. – Mehta, N.: Programmable Logic Design Quick Start Handbook. 4th ed. [s.l.]: Xilinx Inc., 2003. 225 s. Ashenden, P.J.: The Designer's Guide to VHDL. San Francisco(USA): Morgan Kaufmann Publishers, 1999. 688 s. ISBN 1-55860-270-4.

Doporučená literatura:

The Programmable Logic Databook , Xilinx Inc., 1999. Bernard, J.B. - Hugon, J. - Le Corvec, R.: Od logických obvodů k mikroprocesorům. SNTL, Praha, 1988. Berge, J.: VHDL Designer's Reference. Dordrecht, Kluwer Academic, 1992. Mirkowski, J. - Kapustka,M. - Skowroński, Z. - Biniszkiewicz, A.: EVITA Interactive VHDL Tutorial REV.2.1. Henderson, ALDEC, Inc., 1998. Kilts, S.: Advanced FPGA Design. John Wiley and Sons Ltd, 2007. ISBN: 9780470054376.

Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta

Průběžná kontrola studia: 5 testů průběžné kontroly, 1 samostatný projekt. Podmínky udělení zápočtu: Student je klasifikován na základě 5 testů za 2-4 body, 1 samostatného projektu za 10-20 bodů. Zkouška - Písemná část - závěrečný test - 25 - 50 bodů. Ústní část 5 - 10 bodů. Celkové hodnocení 51 - 100 bodů dle studijního řádu.

E-learning

Další požadavky na studenta

Podmínkou udělení zápočtu je také 80% účast ve výuce.

Prerekvizity

Předmět nemá žádné prerekvizity.

Korekvizity

Předmět nemá žádné korekvizity.

Osnova předmětu

Přednášky: 1. Základní funkční bloky v logických obvodech. Programovatelné logické obvody PAL, GAL, FPGA, CPLD. Srovnání HW a SW realizace logických funkcí. 2. Architektura programovatelných obvodů FPGA. Řada Xilinx Spartan-6. 3. Způsoby návrhu FPGA a CPLD. Schématický návrh, jazyk VHDL pro popis logických struktur. 4. Návrh základních typů kombinačních logických obvodů: hradla, multiplexor, dekodér, sčítačka, komparátor. 5. Návrh základních typů sekvenčních logických obvodů: D-klopný obvod, datový a posuvný registr, čítače. 6. Hierarchický návrh číslicového systému. 7. Stavové automaty a jejich implementace v FPGA. Využití ve vestavěných řídicích systémech. 8. Implementace pamětí v FPGA. Bloková a distribuovaná paměť, vícebránové paměti. 9. Prvky DSP na platformě FPGA. Využití v lékařské přístrojové technice. 10. Návrh a použití IP maker. Core Generator. 11. Specifické prvky architektur FPGA. Obvody pro úpravu hodinového signálu, HW násobičky. 12. Přechodné děje v logických systémech. Synchronní a asynchronní návrh. Hazardy a jejich eliminace. 13. Podpůrné obvody pro realizaci logického systému s FPGA. Obvody pro napájení a styk s okolím. Laboratoře: 1. Seznámení s obsahem cvičení a podmínkami pro zápočet. Úvod do vývojového prostředí Xilinx ISE. Vývojová deska Nexys-3, -4. Projekt „světelný had“. 2. Vývojové prostředí Xilinx ISE: Project navigator, schématický návrh, HDL editor. Syntéza a implementace návrhu. 3. Příklad kombinačního logického obvodu: aritmetická jednotka. Zadání samostatné úlohy. 4. Synchronní návrh logických systémů, připojení hodinového signálu, oddělovač GBUF. 5. Příklady sekvenčních logických obvodů. Návrh čítačů. 6. Xilinx ISE: Hierarchická struktura návrhu, sběrnice, logický simulátor, implementace návrhu. časová simulace, časová analýza. 7. Implementace stavového automatu v FPGA. Pokračování na samostatné úloze. 8. Xilinx ISE: Implementace sériového rozhraní v FPGA. 9. Pokračování na samostatné úloze. 10. Pokračování na samostatné úloze. 11. Příklady návrhu základních funkčních bloků. Pokračování na samostatné úloze. 12. Pokračování na samostatné úloze. Implementace a ladění projektu na vývojové desce. 13. Seminář: Odevzdání a obhájení samostatného projektu, udělení zápočtu.

Podmínky absolvování předmětu

Kombinovaná forma (platnost od: 2018/2019 zimní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100 (100) 51
        Zápočet Zápočet 40  20
        Zkouška Zkouška 60  30
Rozsah povinné účasti: Podmínkou udělení zápočtu je také 80% účast ve výuce.

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.ZaměřeníFormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2021/2022 (N0688A140014) Průmysl 4.0 P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2020/2021 (N0714A150001) Řídicí a informační systémy P čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2020/2021 (N0714A150001) Řídicí a informační systémy K čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2020/2021 (N0988A060001) Biomedicínské inženýrství K čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2020/2021 (N0988A060001) Biomedicínské inženýrství P čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2020/2021 (N0688A140014) Průmysl 4.0 P čeština Ostrava 2 volitelný odborný stu. plán
2020/2021 (N2649) Elektrotechnika (2612T041) Řídicí a informační systémy P čeština Ostrava volitelný odborný stu. plán
2020/2021 (N2649) Elektrotechnika (3901T009) Biomedicínské inženýrství P čeština Ostrava volitelný odborný stu. plán
2020/2021 (N2649) Elektrotechnika (2612T041) Řídicí a informační systémy K čeština Ostrava volitelný odborný stu. plán
2020/2021 (N2649) Elektrotechnika (3901T009) Biomedicínské inženýrství K čeština Ostrava volitelný odborný stu. plán
2019/2020 (N2649) Elektrotechnika (2612T041) Řídicí a informační systémy P čeština Ostrava volitelný odborný stu. plán
2019/2020 (N2649) Elektrotechnika (3901T009) Biomedicínské inženýrství P čeština Ostrava volitelný odborný stu. plán
2019/2020 (N2649) Elektrotechnika (2612T041) Řídicí a informační systémy K čeština Ostrava volitelný odborný stu. plán
2019/2020 (N2649) Elektrotechnika (3901T009) Biomedicínské inženýrství K čeština Ostrava volitelný odborný stu. plán
2019/2020 (N0714A150001) Řídicí a informační systémy P čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2019/2020 (N0988A060001) Biomedicínské inženýrství P čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2019/2020 (N0714A150001) Řídicí a informační systémy K čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2019/2020 (N0988A060001) Biomedicínské inženýrství K čeština Ostrava 1 volitelný odborný stu. plán
2018/2019 (N2649) Elektrotechnika (2612T041) Řídicí a informační systémy P čeština Ostrava volitelný odborný stu. plán
2018/2019 (N2649) Elektrotechnika (3901T009) Biomedicínské inženýrství P čeština Ostrava volitelný odborný stu. plán
2018/2019 (N2649) Elektrotechnika (2612T041) Řídicí a informační systémy K čeština Ostrava volitelný odborný stu. plán
2018/2019 (N2649) Elektrotechnika (3901T009) Biomedicínské inženýrství K čeština Ostrava volitelný odborný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku