HDL의 이해 Lecture #3

HDL의 이해 - 학습목표 임베디드 시스템에서 하드웨어의 의미와 HDL 개요 소개 설계 검증 도구인 Quartus II의 설치 및 사용 방법 소개 모바일컴퓨터특강

HDL의 소개

VHDL 의 소개 – 강의 순서 What & Why HDL? HDL의 종류 Definition of VHDL VHDL’s History Benefits of VHDL Design Automation 디지털 논리회로의 설계환경 변천 Design Flow 모바일컴퓨터특강

What & Why HDL? Hardware Description Language(HDL) Why HDL? A software programming language used to model the intended operation of a piece of hardware Why HDL? Text-based design rather than Schematic design ASIC complexity increase faster time-to-market Simulation Logic Synthesis Documentation 모바일컴퓨터특강

HDL을 이용한 HW설계와 기존 SW programming과의 비교 모바일컴퓨터특강

HDL의 종류 언어 특징 비고 VHDL 높은 기술 능력 알고리즘 구현에 많이 사용됨 Verilog HDL 산업체에서 많이 사용 ABEL-HDL VHDL보다 낮은 레벨의 언어 DATA I/O사에서 개발 AHDL Altera사의 HDL Altera사의 제품에만 적용 모바일컴퓨터특강

Definition of VHDL VHDL is an international IEEE standard specification language for describing digital hardware used by industry worldwide. VHDL is an acronym for VHSIC(Very High Speed Integrated Circuit) Hardware Description Language. 모바일컴퓨터특강

VHDL’s History Very High speed Integrated Circuit(VHSIC) Program Launched in 1980. In 1983, a team of Intermetrics, IBM and TI were awarded a contract to develop VHDL. In 1985, the final version of the language under government contract was released: VHDL Version 7.2. In 1987, VHDL became IEEE standard 1076 and in 1988 an ANSI standard. In 1993, VHDL was re-standardized to clarify and enhance the language. 모바일컴퓨터특강

Benefits of VHDL Provides a mechanism for digital design and reusable design documentation Provides technology independence Erases communication through standard language Allows for better design management Allows for various design methodologies Describes a wide variety of digital hardware Reduce cycle times for Logic Design Enables hardware modeling from the gate to system level 모바일컴퓨터특강

Design Automation 컴퓨터 기술의 발달 집적회로 설계 기술의 발달 설계 기술의 축적, 설계 도구의 발달 처리 속도, 저장 용량, GUI의 성능 향상 집적회로 설계 기술의 발달 설계 기술의 축적, 설계 도구의 발달 설계자의 작업 및 결정을 대신하고 검증을 지원 모바일컴퓨터특강

디지털 논리회로의 설계환경 변천 설계단계 제 1 단계 (60년∼70년대) 제 2 단계 (80년대-90년대 초) 제 3 단계 (90년대 중반 이후) 설계 방법 트랜지스터 레벨의 레이아웃 설계 게이트나 RTL 레벨의 논리 설계 알고리즘이나 기능 레벨의 고급 설계 설계 도구 Layout 편집기 Schematic 편집기 HDL과 합성기 (실리콘 컴파일러) 설계 범위 SSI, MSI (103 Gate 이하) LSI, VLSI (103∼105 Gate) VLSI, GSI (105 Gate 이상) 설계 예 기본게이트, 감/가산기 멀티플렉서, 카운터 마이크로프로세서, 주변장치 고성능 마이크로프로세서, 실시간 영상처리기 모바일컴퓨터특강

설계 계층 레벨 추상적 설계 구체적 설계 System Level (컴퓨터, 디스크 장치, 버스 인터페이스 등) Gate Level (NAND, NOR, Flip-flop 등) Chip Level (마이크로프로세스, RAM, ROM, UART 등) Circuit Level (Transistor, Register, Capacity, Inductor 등) Register Level (레지스터, ALU, 카운트, MUX 등) Layout Level (Poly, Diffusion, Metal, Contact Layer 등) 구체적 설계 모바일컴퓨터특강

ASIC 개발 과정 시스템 개발 계획 및 기능 분할 블록 다이어그램 정의 및 설계 사양 결정 논리회로 설계 테스트가 용이한 설계 개념 도임 논리 시뮬레이션 시뮬레이션 패턴 결정 Layout 직전 및 직후 설계 검증 FPGA를 통한 검증 Prototype 제조 및 테스트 모바일컴퓨터특강

RTL Level HDL Simulation Gate level logic Simulation 논리 회로 설계 흐름도간 비교 회로 도면 입력 HDL Coding Netlist 생성 RTL Level HDL Simulation Gate level logic Simulation Logic Synthesis 모바일컴퓨터특강

Design Flow Overview (1) 모바일컴퓨터특강

Design Flow Overview (2) 모바일컴퓨터특강

개발환경의 이해 및 실습 (Quartus II S/W)

개발환경의 이해 및 실습 - 강의순서 Starting Quartus II Design Entry Project Compilation Project Simulation Device Programming 모바일컴퓨터특강

Downloading Quartus II https://www.altera.com/support/software/download/altera_design/quartus_we/dnl-quartus_we.jsp Or visit www.altera.com Go to Support > Design Software > Download > Download Center Click Quartus II Web Edition (which is free) Download “Single Download File Version” 모바일컴퓨터특강

Quartus II Web edition 모바일컴퓨터특강

Quartus II– New Project Wizard New Project Wizard click 모바일컴퓨터특강

Quartus II– New Project Wizard 적당한 directory 및 design_entity 이름 등을 지정 모바일컴퓨터특강

Quartus II – New Project Wizard Project에 포함시키고자 하는 VHDL 파일을 지정 모바일컴퓨터특강

Quartus II – New Project Wizard 모바일컴퓨터특강

Quartus II – New Project Wizard 모바일컴퓨터특강

Quartus II – New Project Wizard 모바일컴퓨터특강

Quartus II – New Project Wizard 모바일컴퓨터특강

Design Flow Overview 모바일컴퓨터특강

Design Entry Flow with Quartus II 모바일컴퓨터특강

Quartus II web edition – Text Editor “New” click 새로운 Project 생성 모바일컴퓨터특강

Quartus II web edition – Text Editor 모바일컴퓨터특강

Quartus II web edition – Text Editor 모바일컴퓨터특강

Quartus II web edition – Text Editor 새로운 vhdl code 작성 모바일컴퓨터특강

Quartus II web edition – Text Editor 모바일컴퓨터특강

Constraint Entry Flow 모바일컴퓨터특강

Settings Dialog Box Assignments > Setting … 모바일컴퓨터특강

Setting Dialog Box Can set general project-wide options and synthesis, fitting, simulation, and timing analysis options. 모바일컴퓨터특강

Assignment Editor Assignments > Assignment Editor 모바일컴퓨터특강

Design Flow Overview Compilation 모바일컴퓨터특강

Quartus II – Compiler 모바일컴퓨터특강

Quartus II – Compiler 모바일컴퓨터특강

RTL Viewer Tools > RTL Viewer 모바일컴퓨터특강

State machine viewer By double-clicking the state machine, 모바일컴퓨터특강

Design Flow Overview 모바일컴퓨터특강

Quartus II web edition – Waveform Editor Simulation을 위한 waveform file 생상 모바일컴퓨터특강

Quartus II web edition – Waveform Editor Waveform을 관찰할 signal을 선택하기 위해 node finder click 모바일컴퓨터특강

Quartus II web edition – Waveform Editor 전체 signal 선택 모바일컴퓨터특강

Quartus II web edition – Waveform Editor 모바일컴퓨터특강

Quartus II web edition – Waveform Editor Click & drag to waveform file 모바일컴퓨터특강

Quartus II web edition – Waveform Editor Simulation의 종료 시점 지정 모바일컴퓨터특강

Quartus II web edition – Waveform Editor 모바일컴퓨터특강

Quartus II web edition – Waveform Editor Waveform 편집기 이용, input signal pattern generation 모바일컴퓨터특강

Quartus II web edition – Waveform Editor Input signal pattern 을 알아보기 쉽게 하기 위해 grouping 모바일컴퓨터특강

Quartus II web edition –Project Simulation 모바일컴퓨터특강

Quartus II web edition –Project Simulation 모바일컴퓨터특강

Quartus II web edition –Project Simulation 모바일컴퓨터특강

Quartus II web edition –Project Simulation 모바일컴퓨터특강

Quartus II web edition –Project Simulation 모바일컴퓨터특강

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This part will be explained later Design Flow Overview This part will be explained later 모바일컴퓨터특강

참고문헌 1. ALTERA, Quartus II Development Software Handbook v4.0 2. ALTERA, Introduction to Quartus II Manual 3. ALTERA, Quartus II Software Quick Start Guide 모바일컴퓨터특강