Újrakonfigurálható eszközökmegtestesules.info/hobbielektronika/2017/cpld01.pdfHobbielektronika csoport 2017/2018 2 Debreceni Megtestesülés Plébánia Tartalom Újrakonffigurálható

Hobbielektronika csoport 2017/2018 1 Debreceni Megtestesülés Plébánia

Újrakonfigurálható eszközök

1. CPLD – komplex programozható logikai eszközök


Tartalom

Újrakonffigurálható eszközök: PAL, PLA, CPLD, FPGA

Az ALTERA MAXII EPM240 CPLD bemutatása

A C-M240 fejlesztői kártya

Az USB Blaster profigramozó eszköz

Az ALTERA Qartus Prime Lite fejlesztői környezet

Új Qartus projekt létrehozása

Áramkörtervezés hafigyományos rajzjelekkel

Áramkörtervezés Verilog nyelven

Áramkörtervezés VHDL nyelven


Újrakonfigurálható eszközök Anfigol mefignevezés: Profigrammable Lofigic Devices. A kombinációs

lofigikai hálózatok és sorrendi hálózatok tervezésére használjuk.

A hafigyományos lofigikai IC-k dedikált összekötetésekkel, illetve kötöt funkcióval (kimeneti füfigfigvény) rendelkeznek.

A profigramozható lofigikai eszközökben ezek változtathatók:

A felhasználó által egyszer programozható/konfigurálható logikai eszkö-zök (OTP:::: One Time Programmable), amelynél a gyártás során nem definiált funkció egyszer még megváltoztatható (ilyenek pl. a korai PAL, PLA eszközök)

Többször, akár tetszőleges módon programozható (újrakonfigurálható) logikai eszközök (ilyenek pl. a korábbi GAL, vagy a mai modern CPLD és FPGA eszközök)

CPLD – Complex Programmable Logic Device

FPGA – Field Programmable Gate Array


PAL, PLA, CPLD, FPGA

és

FPGA


ALTERA MAX II CPLD család Az EPM240C100T5N CPLD IC az ALTERA (újabban Intel)

MAX II termékcsaládba tartozik. Főbb jellemzői:240 db. lofigikai elem, kis fofigyasztású, olcsó CPLD 50 MHz órajel, max. 3,3 V tápfesz és jelszint, busz-barát ki- és bemenetek, Schmit-trifigfigeres bemenet, JTAG újrakonffigurálhatósáfig (tipikusan 100-szor), 8kbit felhasználói FLASH memória (UFM).

Logikai tömb (LAB)10 logikai elemből áll

EPM240 6x4x10 dblogikai elem (LE)

Konfigurációsflash (CFM) UFM


Egy logikai elem felépítéseLUT: Look up table(keresőtábla)

A regiszter konfigurálható D, T, JK, vagy SR módba.


A logikai elemek működési módjaiAz ALTERA MAX II lofigikai elemei kétféle módban működhetnek:

Normál mód (általános logikai alkalmazásokhoz, kombinációs hálózatokhoz)

Dinamikus aritmetikai mód (összeadó, számláló, akkumulátor, komparátor)

Normál mód: 1 db 4-bemenetű LUT (Lookup Table)


A logikai elemek működési módjaiDinamikus aritmetikai mód: 4 db 2-bemenetű LUT


A Carry Select lánc használata

A Carry-select lánc segítségével gyors átvitelképzés valósítható meg.


Az I/O modulok felépítése


A C-M240 fejlesztői kártyaGyártó: Shenzhen 21EDA Electronic Technology CPLD: Altera MAX II EPM240T100C5NÓrajel : 50 MHz VDD: 3,3 V Perifériák: 8-digit kijelző, 8 LED, 4 +1 nyomógomb, 1 csipogó


C_M240 kapcsolási rajz I.


C_M240 kapcsolási rajz II.3,3 V

50 MHz oszcillátor

3,3 V-os feszültségstabilizátor(5 V-os bemenet, kapcsolóval)

EPM240T100C5N

ALTERA MAX II


USB Blaster programletöltő Sok változata van, a lefigolcsóbb utánzat

csupán efigy PIC18F14K50 mikrovezér-lőből áll.

Windowsos meghajtó-programja a Qartus telepítési könyvtárá-ban, nálam például az Altera\17.0\quartus\drivers\usb-blaster mappában található.


Qartus Prime Lite fejlesztői környezet

Az Intel (korábban ALTERA) Qartus Prime intefigrált fejlesztői környezete mindent tartalmaz, ami az FPGA/CPLD fejlesztésekhez szükséfiges (beleértve a szimulációt is).

A Qartus Prime Lite infigyenes, de csökkentet tudású kiadás(a kiadások összehasonlít táblázata it található.)

Letöltési link: htp://dl.altera.com/?edition=lite

Az általunk használt EPM240 eszközhöz az alábbi komponensekre lesz szükséfig:

Qartus Prime (free)

ModelSim-Intel FPGA Edition

MAX II, MAX V device support

https://www.altera.com/products/design-software/fpga-design/quartus-prime/download.html

http://dl.altera.com/?edition=lite


Letöltések

Windows vagy Linux kiadás válaszható

Ezt a három szoftvert töltsük le!


A telepítés menete Töltsük le a Qartus Prime profigramot és a telepíteni kívánt

kiefigészítő szofvereket (esetünkben a ModelSim-Intel FPGA Edition) efigy ideifiglenes könyvtárba!

Töltsük le az eszköztámofigató kiefigészítést (esetünkben a MAX II, MAX V device support-ot) ufigyanabba a könyvtárba, ahová a Qartus Prime telepítőjét letöltötük!

Indítsuk el a QartusLiteSetup-17.0.0.595-windows.exe állományt!

Minden kiefigészítő szofver komponens is automatikusan telepítve lesz, amelyeket ufigyanabba a könyvtárba töltötünk le, ahová a Qartus Prime telepítőjét letöltötük.


Az első lépések

A nyitó képernyőkép


Új projekt létrehozása Indítsuk el a File > New Project Wizard menüpont aktiválásával

az új projektet konffiguráló tündért!

Hozzuk létre és adjuk mefig az új projekt munkakönyvtárát!

Adjunk nevet a projektnek, majd katintsunk a Next figombra!


Új projekt konfigurálása Válasszuk az Empty project (üres projekt) opciót!

Katintsunk kétszer a Next figombra (átlépjük az Add Files lapot)!

Válasszuk ki a MAX II családot!

Válasszuk a Specifc device opciót!

Válasszuk ki az EPM240T100C5eszközt!

Katintsunk a Finish figombra!


Áramkörtervezési lehetőségek

Verilog:module LED_NOT_KEY ( A, F ); input KEY_IN; output LED_OUT; assign LED_OUT = ~KEY_IN; endmodule

VHDL:entity LED_NOT_KEY isport ( key_in : in std_logic ; led_out : out std_logic );end LED_NOT_KEY;

architecture key_led_arch of LED_NOT_KEY isbegin led_out <= not key_in; end architecture;

Példa: Egyszerű kombinációs logika

A Qartus Prime háromféle tervezési módot támogat:

Kapcsolási rajz

Verilog HDL

VHDL

A következőkben ezeket a lehetőségeket vesszük sorraa


Áramkörtervezés diagramszerkesztővel Hozzunk létre efigy kapcsolási rajzot a File > New > Block

diagram/Schematic fle menüpont kiválasztásával!

A rajzeszközök felhasználásával szerkesszük mefig az alábbi kapcsolást!

A kétszeres invertálás azért kell, mert a nyomófigombok és a LED-ek is nefigatív lofigika szerint vannak bekötve (alacsony szint az aktív jel).

Ha készen van a rajz, mentsük el az (foppy ikonra katintva)!

Kapuáramkörök I/O kivezetések Összekötés


A nem használt kivezetések konfigurálása

Mielőt tovább lépnénk, mefig kell adni, hofigy a nem használt kivezetések milyen üzemmódba lefigyenek beállítva.

Az alapértelmezet alacsony szintű kimenetre állítás esetén a C-M240 kártyán mindent bekapcsolunk (a sípolót is!). Ehelyet állítsuk a nem használt kivezetéseket bemenetnek (As input tri-stated)!

Ehhez aktiváljuk az Assignments > Device menüpontot, majd a felbukkanó ablakban katintsunk a Device and pin options figombra!

A felbukkanó újabb ablakban válasszuk ki az Unused Pins katefigóriát és állítsuk be az As input tri-stated opciót!

Zárjuk be a felbukkanó ablakokat az OK figombra katintva!


Kivezetések hozzárendelése A hozzárendelés célja, hofigy mefigadjuk: a KEY_IN és a LED_OUT

csomópontok mely kivezetésekhez csatlakozzanak.

A 8 db LED katódjai rendre az 51 – 58 sorszámú kivezetésekhez kapcsolódnak, a kivezetés alacsony szintre húzásával figyújthatók ki. Mi most az 58. kivezetéshez tartozó LED-et fofigjuk használni.

A K4 – K1 nyomófigombok rendre a 26 – 29 sorszámú kivezetésekhez kapcsolódnak, s lenyomáskor alacsony szintre húzzák a mefigfelelő lábat.

A hozzárendelések előt indítsunk efigy fordítást (lejátszás figomb), vafigy a Processing > Start > Start Analysis & Elaboration menüpontot aktiváljuk!

A kivezetések hozzárendelését az Assignment Editor vafigy a Pin Planner szerkesztővel véfigezhetjük el.


Az Assignment Editor használata Aktiváljuk az Assignments > Assignment Editor menüpontot!

Katintsunk az új ablak baloldalán a <<new>> dobozra!

Katintsunk duplán az új sor To mezőjére, majd az ot mefigjelenő Node fnder ikonra (ne a lefigördítő nyílra)!

A felbukkanó ablakbankatintsunk a List figombra,majd dupla katintással, vafigy a > figombbal másoljukát a jobboldali ablakba aKEY_IN és LED_OUTelemeket!

Zárjuk be a felbukkanóablakot az OK figombbal!


Az Assignment Editor használata Töltsük ki a táblázat Assignment Name és Value celláit az

alábbiak szerint, majd mentsük el a hozzárendeléseket a foppy ikonra katintva, vafigy a File > Save menüpontot aktiválva!

Fordítsuk le a projektet a „lejátszás” figombra katintva, vafigy a Processing > Start Compilation menüpontot aktiválva!


A konfigurációs kód letöltése

Sikeres fordítás után a Tools > Progammer menüpont aktiválásával indítsuk el a letöltő profigramot!

A felbukkanó ablakban ellenőrizzük, illetve szükséfig esetén véfigezzük el a beállításokat!

A Hardver Setup figombnál az USB Blaster eszköz lefigyen beállítva!

Az ablak alsó felében az EPM240T100 eszköz lefigyen kiválasztva!

A File rovatban az output_fles/project01.pof állomány neve látszódjon, s jelöljük be a Profigram/Conffigure és ízlés szerint a Verify oszlopban is a jelölőnéfigyzeteket (ezekben lefigyen pipa)!

Véfigül katintsunk a Start figombra és várjuk mefig, amífig befejeződik az írás!


A konfigurációs kód letöltése


Áramkörtervezés Verilog nyelven A project02 projekt létrehozása és beállítása hasonlóan történik,

mint az előzőekben, csak áramköri rajz létrehozása helyet a File > New menüben efigy Verilog HDL hardverleíró (szövefiges) állományt hozunk létre.

A modul neve mefig kell, hofigy efigyezzen azzal a névvel, amit a Top level Entity kapot a projekt létrehozásakor!

A változatossáfig kedvéért most a PIN_26-ra kötöt K4 nyomófigombot és a PIN_51-re kötöt LED-et használjuk.


Áramkörtervezés VHDL nyelven A project03 projekt létrehozása efigy VHDL hardverleíró

állományt hoztunk létre.

A KEY_LED entitás neve mefigefigyezik azzal a névvel, amit a Top level Entity kapot a projekt létrehozásakor!

Az első projekthez hasonlóan most is a PIN_29-re kötöt K1 nyomófigombot és a PIN_58-re kötöt LED-et használjuk.


Felhasznált irodalom

ALTERA: MAX II Device Handbook

Véfigh János: Bevezetés a Verilog hardverleíró nyelvbe

Véfigh János: Sefigédeszközök az Altera DE2 tanulói készlethez

Véfigh János: Bevezetés a Qartus II V13 fejlesztő rendszerbe

Documents

Újrakonfigurálható eszközökmegtestesules.info/hobbielektronika/2017/cpld01.pdfHobbielektronika csoport 2017/2018 2 Debreceni Megtestesülés Plébánia Tartalom Újrakonffigurálható