Upload
masato
View
131
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Kenan BAYSAL. Namık Kemal Üniversitesi Bilgi Yönetimi Programı. VHDL Kullanarak FPGA İle Yüksek Kapasİtelİ Tam ÇIkarIcI Devre TasarImI. Özet. FPGA VHDL Bilgisayar Aritmetiğinde Çıkartma İşlemi Yüksek Kapasiteli Çıkartma Devresi Tasarımı Sonuç. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Kenan BAYSAL
VHDL KULLANARAK FPGA İLE YÜKSEK KAPASİTELİ TAM ÇIKARICI DEVRE TASARIMI
Namık Kemal ÜniversitesiBilgi Yönetimi Programı
Özet
• FPGA• VHDL• Bilgisayar Aritmetiğinde Çıkartma İşlemi• Yüksek Kapasiteli Çıkartma Devresi Tasarımı• Sonuç
2
FPGA (Field Programmable Gate Arrays)
• FPGA’lar bir donanım tanımlama dili kullanılarak sayısal tasarım yapmaya imkan sağlayan geliştirme platformlarıdır, entegre devrelerdir.
• Tasarım sırasında büyük esneklik sağlaması ve paralel işlem yapabilme kabiliyeti sebebiyle FPGA kullanımı günümüzde oldukça yaygınlaşmıştır.
3
Altera - Cyclone Xilinx - Spartan
FPGA
• FPGA’yi günümüzde popüler yapan özellikler;• Kullanımının artmasına bağlı olarak fiyatlarının
düşmesi• Gelişen teknoloji ile birlikte kapasitelerinin artması• 1987: 9000 Lojik Kapı• 2012: 20 Milyon Lojik Kapı
• Gelişmiş tasarım programları (Quartus)• Örnek uygulamaların kolay erişilebilir hale gelmesi • www.cizgi-tagem.org• www.mcu-turkey.com
4
VHDL (VHSIC Hardware Description Language)
• VHDL bir donanım tanımlama dilidir. • Donanım kelimesi, bir taraftan kişisel bilgisayarlar gibi
geniş bir içeriği tanımlamak için kullanılsa da diğer bir taraftan küçük mantık kapıları ve onların içindeki entegre devreleri tanımlamak için de kullanılır.
5
VHDL (VHSIC Hardware Description Language)
• ISP (Carnegie Mellon University) - 1976• KARL (Kaiserslautern University) - 1977
• Verilog HDL (Gateway Design Automation – 1985)• VHDL (Very High Speed Integrated Circuit Hardware
Description Language – Amerikan Savunma Bakanlığı -1987)
• AHDL (Altera HDL)• RHDL (Ruby HDL)• Confluence • CUPL (Logical Devices Inc.)
6
Önc
ü di
ller
Yayg
ın d
iller
Diğe
r
VHDL & Verilog HDL
7
VHDL Verilog HDL
Daha katı kurallı olan bir dil. Akademik seviye
Öğrenmesi ve kod yazması daha hızlı ve kolay
Karmaşık devrelerde daha az kapı kullanan derleyici yapısı
Karmaşık devrelerde daha fazla kapı kullanan derleyici
Yaygın olarak Avrupa ve Japonya Yaygın olarak Amerika
ADA programlama dilini baz alan Pascal sınıfında bir dil
C’ye yakın syntax yapısı
ATI – Nokia NVIDIA - AMD
VHDL
• Donanım tanımlama dilinin en büyük avantajlarından biri de yazılan kodun adım adım çalıştırılabilmesidir. • Biçimsel bir modeldeki kodlama hataları ya da sistemdeki
kavramsal hatalar benzetim çalıştırılarak bulunabilmektedir. • Oluşturulan modeldeki farklı giriş değerlerine göre
sistemin verdiği yanıt benzetimle gözlemlenebilir ve analiz edilebilmektedir.
8
VHDL Kod Yapısı
9
LIBRARY
ENTITY
ARCHITECTURE
TEMEL VHDL KODU
PROCESS
VHDL Kod Yapısı
10
entity and_gate is port( A: in bit, B: in bit, X: out bit);end entity and_gate;
architecture mimari of and_gate is begin X <= A and B;end architecture mimari;
Bilgisayar Aritmetiğinde Çıkartma İşlemi
• Standart bir bilgisayar işlemcisinde, • Birikeç Yazacı (Akümülatör-AC)• Toplayıcı ve Mantık devresi• Denetim kapılarından
• İşlenecek veri, kaydedicilerden veri yolu ile buraya aktarılarak işlem süreci gerçekleştirilir.
11
Birikeç (Akümülatör) Yapısı
Bilgisayar Aritmetiğinde Çıkartma İşlemi
• 32 bit bir işlemciye sahip olan standart bir bilgisayar, yazılımsal olarak birçok adımda çıkarma işlemini gerçekleştirir.
• İşlemcinin veri kapasitesi ile aynı veri boyutu büyüklüğüne sahip iki değerin dahi çıkarma işlemi birçok adımda gerçekleştirilebilmektedir.
12
32 bitlik iki veriye çıkarma işlemi uygulama algoritması
Yüksek Kapasiteli Çıkartma Devresi Tasarımı
13
VHDL ile Bir Bit Tam Çıkarıcı Devresi
Yüksek Kapasiteli Çıkartma Devresi Tasarımı
14
Bir Bit Tam Çıkarıcı devresinin ModelSim benzetim sonuçları
Yüksek Kapasiteli Çıkartma Devresi Tasarımı
15
N bit Çıkarıcı Devresi Blok Şeması
Yüksek Kapasiteli Çıkartma Devresi Tasarımı
16
“n” bit Tam Çıkarıcı devresi VHDL kod yapısı
Yüksek Kapasiteli Çıkartma Devresi Tasarımı
17
N bit tam Çıkarıcı devresi ModelSim benzetim sonuçları
Yüksek Kapasiteli Toplama Devresi Tasarımı
18
Bir Bit toplayıcı VHDL kodlarının RTL görünüşü
Bir Bit Toplayıcı ModelSIM benzetim sonuçları
Yüksek Kapasiteli Toplama Devresi Tasarımı
19
1024 bit toplayıcının ModelSIM benzetim sonuçları
Yüksek Kapasiteli Toplama - Çıkarma Devresi Tasarımı
20
M=0 ToplayıcıM=1 Çıkarıcı
Toplayıcı & Çıkarıcı Devrtesi
Yüksek Kapasiteli Toplama - Çıkarma Devresi Tasarımı
21
1024 bit Toplayıcı & Çıkarıcı Devresi ModelSIM benzetim sonuçları
Sorunlar & Öneriler
22
• FPGA devrelerinin giriş ve çıkış pin sayısı• Öneri:
• Veri aktarımı için arı bir modül tasarımı • Çoklu FPGA kullanımı
Sonuç
• Gerçekleştirilen bu çalışmada, FPGA donanım yapısının esnek ve kolay programlama kabiliyetinden faydalanılarak yüksek kapasiteli çıkarıcı devresi benzetim seviyesinde tasarlanmıştır.
• VHDL ve FPGA kullanarak Yüksek Kapasiteli Aritmetik Ünite tasarlanabilir.
• Yüksek Kapasiteli Aritmetik Ünite, Büyük sayılar ile çalışan bazı şifreleme algoritmaları için donanım altyapısı oluşturmak için kullanılabilir.
• Günümüzde piyasadaki en güçlü PC’den daha güçlü hesaplama kapasitesi sunar.
• Donanım Tasarım Dili kullanılarak çok daha yüksek kapasiteli aritmetik işlemler için aritmetik ünite tasarlanabilir. 23
Teşekkürler…
24