Эффективное использование системы автоматизированного проектирования фирмы Xilinx

Выпускающее подразделение

Центр проектирования интегральных схем, устройств наноэлектроники и микросистем МГТУ МИРЭА

Цель программы

Изучение теоретических и методических основ проектирования электронных схем и систем на основе интегральных схем с программируемой логикой, овладение профессиональными компетенциями и практическими навыками в области проектирования электронных систем на основе схем программируемой логики как универсального инструментария современного разработчика цифровых схем и систем.

Области профессиональной деятельности

Научно-техническая и исследовательская деятельность на предприятиях и в организациях различных видов деятельности и форм собственности, в производственных и научно-исследовательских организациях и предприятиях радиоэлектронной промышленности, а также в учреждениях государственной власти./p>

Основные учебные дисциплины

Проектирование на VHDL

Дополнительные возможности VHDL

Проектирование на Verilog

Проектирование на System Verilog

Маршрут проектирования в среде разработки ISE Design Suite

Основы работы с программой PlanAhead

Техника отладки схемы с логическим анализатором ChipScope Pro

Временные ограничения и анализ в среде Vivado

Расширенный курс по инструментам и технике использования среды Vivado

Основы языка команд Tcl

Моделирование на System Verilog

Дополнительные возможности PlanAhead

Маршрут проектирования в Vivado Design Suite

Основы проектирования на FPGA

Создание скоростных схем

Среда Vivado для пользователей ISE Project Navigator

Дополнительный курс по XDC и временному анализу для пользователей ISE Design Suite

Основы микропроцессоров

Архитектура SOC Zynq-7000

Построение процессорных систем

Дополнительные возможности и техника проектирования встроенных процессорных систем

Программирование на языке С в SDK

Разработка ПО для процессорной системы

Дополнительные возможности и техника разработки ПО для процессорной системы

Проектирование на 6-м семействе FPGA

Оптимизация FPGA по энергопотреблению

Срок обучения часов (месяцев)

400 академических часов

Профессиональные компетенции (ПК) (образовательный результат)

Профессиональный модуль

Знать: синтаксис VHDL, типы данных циклы и условия , функции и процедуры, атрибуты, пакеты и библиотеки в VHDL, основы синтеза Testbench, основные приемы работы с симулятором ISIM, организация памяти в ПЛИС, основные положения теории конечных автоматов, структуру кристаллов FPGA.

Уметь: описывать типы данных, выполнять параллельные операции, описывать процессы и переменные, работать с Testbench, симулятором ISIM, создавать память, использовать кристаллы FPGA, описывать циклы и условия, функции и процедуры, работать с атрибутами, пакетами и библиотеками.

Модуль 1. Проектирование на VHDL

Знать: концепции моделирования, способы задания дополнительных типов данных, подпрограмм и атрибутов проекта, указателей и блоков, основные приемы работы с файлами, и применения VHDL для синтеза, способы поддержки нескольких платформ, приемы работы с нецелыми числами.

Уметь: создавать подпрограммы и атрибуты проекта, описывать указатели и блоки, работать с файлами, использовать VHDL для синтеза цифровых схем, осуществлять поддержку нескольких платформ, работать с нецелыми числами.

Модуль 2. Дополнительные возможности VHDL

Знать: способы моделирования аппаратуры, основные операции процесса моделирования концепции языка Verilog, способы определения модулей и портов в проекте, основные приемы создания TestBench и дополнительные возможности синтеза TestBench, синтаксис операторов и выражений, процедурных блоков, операций ветвления, функций и задач, дополнительные концепции языка Verilog, основы теории конечных автоматов, методику работы с FPGA Xilinx.

Уметь: описывать модули и порты, использовать TestBench, осуществлять процесс моделирования, описывать процедурные блоки, использовать операции ветвления, дополнительные концепции языка Verilog, описывать конечные автоматы, использовать Xilinx FPGA для проектирования цифровых схем, дополнительные возможности написания TestBench.

Модуль 3. Проектирование на Verilog

Знать: основные конструкции SystemVerilog, типы данных, структуры, союзы и массивы, дополнительные операторы в System Verilog, процедурные состояния и способы управления потоком, функции, задачи и пакеты, интерфейсы, методику оптимального использования ресурсов FPGA.

Уметь: описывать типы данных, процедурные состояния, управлять потоком, описывать интерфейсы.

Модуль 4. Проектирование на System Verilog

Знать: как планировать проект, основные приемы и способы создания проекта в Project Navigator, синтеза HDL и методику применения синтезатора XST, методы задания ограничений пользователя и распределения контактов ввода/вывода, приемы работы с симулятором ISim и использования расширенных возможностей ISim.

Уметь: создавать проекты в Project Navigator, осуществлять синтез HDL, использовать синтезатор XST, устанавливать ограничения и распределение контактов ввода/вывода, работать с симулятором ISim.

Модуль 5. Маршрут проектирования в ISE Design Suite

Знать: основные приемы работы с программой PlanAhead и преимущества ее использования, методику работы с менеджером проектов, способы задания распределения контактов ввода/вывода и ресурсов тактовых частот, приемы интеграции c программой CORE Generator и с Project Navigator.

Уметь: работать с менеджером проектов, распределять контакты ввода/вывода и ресурсы тактовых частот, осуществлять интеграцию с программой CORE Generator, выполнять анализ временных параметров.

Модуль 6. Основы работы с PlanAhead

Знать: как работает ChipScope Pro, как осуществлять интеграцию модулей ChipScope Pro в схему с помощью Core Inserter, интеграцию модулей ChipScope Pro в схему с помощью CORE Generator, способы стробирования и сохранения данных ChipScope, знать основные приемы работы с Pro Analyzer: отображение данных, советы и трюки, анализировать примеры применения, как реализовать удаленный доступ.

Уметь: интегрировать модули ChipScope Pro в схему с помощью Core Inserter и CORE Generator, выполнять стробирование и сохранение данных, использовать советы и трюки, выполнять анализ параметров, устанавливать удаленный доступ.

Модуль 7. Техника отладки схемы с ChipScope Pro

Знать: основы проектирования на FPGA, методологию проектирования, технику проектирования на FPGA, как осуществить доступ к базе данных проекта, задание тактовых сигналов и основы статического временного анализа; способы статического временного анализа и задания тактовых сигналов, как задавать исключения из временных ограничений, технику синтеза, примеры использования карт проверки методологии проектирования; методологию проектирования FPGA, технику кодирования HDL, методологию сброса, типовые схемы синхронизации и содержание отчетов по взаимодействию тактовых сигналов, как достигать временные параметры, как анализировать ситуации в рамках методологии проектирования и основные данные быстродействия.

Уметь: осуществлять доступ к базе данных проекта, выполнять статический временной анализ, описывать тактовые сигналы, задавать исключения из временных ограничений, осуществлять сброс схемы.

Модуль 8. Временные ограничения и анализ в среде Vivado

Знать: временные ограничения и способы анализа схем в среде Vivado, приемы работы с временными ограничениями, методологию проектирования, методы проведения дополнительного временного анализа, примеры, демонстрирующие временные отчеты; методы задания временных ограничений сигналов ввода/вывода при системной синхронизации и синхронизации от источника сигнала, инструменты Pblocks, приемы и технику планирования размещения, и задания иерархических проектов, основы работы с инструментами проектирования Project- Based и Non-Project Batch, как написать скрипты в маршрутах проектирования Project-Based и Non-Project Batch.

Уметь: анализировать временные ограничения сигналов ввода/вывода при системной синхронизации, планировать размещения, создавать скрипты при Project-Based и Non-Project Batch маршрутах проектирования.

Модуль 9. Расширенный курс по инструментам и технике использования среды Vivado

Знать: синтаксис Tcl: основы синтаксиса и структуры, типы данных, переменные и выражения, условия и циклы, списки, стандартные выражения на Tcl, как использовать Tcl в среде Vivado, способы описания структур данных в Tcl, процедур и пакетов. 

Уметь: использовать Tcl в среде Vivado, описывать условия и циклы, структуру данных в Tcl, применять стандартные выражения на Tcl.

Модуль 10. Основы языка команд Tcl

Знать: основы применения System Verilog для моделирования, типы данных, задачи и функции, блоки System Verilog для моделирования, что такое полнота тестирования, что такое объектно-ориентированные моделирование, рандомизация, принципы применения операторов контроля.

Уметь: описывать задачи и функции, блоки System Verilog для моделирования, осуществлять объектно-ориентированное моделирование, рандомизацию, использовать операторы контроля, осуществлять полное тестирование.

Модуль 11. Моделирование на System Verilog

Знать: инструменты и утилиты программы PlanAhead, методику разработки и анализ RTL-описания, методы анализа распределения аппаратных ресурсов, методы анализа PBlock, основы техники распределения проекта, метод сохранения проекта с помощью утилиты Partition, последовательность отладки проектов с программой ChipScope Pro, основы описания проектов скриптами Tcl.

Уметь: работать с программой PlanAhead, выполнять разработку и анализ RTL, распределять аппаратные ресурсы проекта, сохранять проект с помощью Partition, выполнять отладку с программой ChipScope Pro, синтезировать проект с помощью Tcl скриптов.

Модуль 12. Дополнительные возможности PlanAhead

Знать: ключевые моменты методологии проектирования, основы планирования проекта, основные приемы работы в среде проектирования Vivado, приемы разработки маршрута проектирования в среде Vivado, ограничения, накладываемые на тактовые сигналы, технику распределения контактов ввода/вывода, последовательность работы с симулятором Vivado.

Уметь: работать в среде проектирования Vivado, составлять маршрут проектирования в среде Vivado, устанавливать ограничения на тактовые сигналы и распределять контакты ввода/вывода, использовать симулятор Vivado.

Модуль 13. Маршрут проектирования в Vivado Design Suite

Знать: методологию проектирования, основы архитектуры FPGA, инструменты и утилиты среды проектирования Vivado Design Suite, основы разработки маршрута проектирования, способы визуализации для анализа проекта, основы проектирования с IP, базовые временные ограничения и отчеты, способы оптимизации использования ресурсов FPGA: тактовые ресурсы, базовые временные ограничения (XDC), временные отчеты, основные приемы синхронного проектирования, конфигурацию FPGA.

Уметь: использовать маршрут проектирования, устанавливать базовые временные ограничения и отчеты, использовать ресурсы FPGA, распределять тактовые ресурсы, задавать временные отчеты.

Модуль 14. Основы проектирования на FPGA (Essentials of FPGA Design)

Знать: основы проектирования FPGA, приемы проектирования с использованием аппаратного модуля Digital Clock Manager, методику проектирования на FPGA, типовые приемы работы с программой CORE Generator System, методы реализации временных параметров, временные группы и ограничения OFFSET (на входные и выходные сигналы), временные ограничения на распространение сигналов, дополнительные опции реализации проекта, методы оценки потребляемой мощности.

Уметь: проектировать с использованием аппаратного модуля Digital Clock Manager, применять методику проектирования на FPGA, использовать программу CORE Generator System, обеспечивать и устанавливать временные ограничения на распространение сигналов, использовать дополнительные опции реализации проекта, выполнять оценку потребляемой мощности.

Модуль 15. Создание скоростных схем

Знать: методики проектирования, особенности и преимущества среды проектирования Vivado, среду Vivado, основы работы с менеджером проектов и библиотекой IP-блоков, инструменты среды, методологию синтеза и способы формирования отчетов, методы имплементации и статического временного анализа.

Уметь: использовать инструменты среды Vivado, выполнять имплементацию и статический временной анализ.

Модуль 16. Среда Vivado для пользователей ISE Project Navigator

Знать: основы методологии проектирования в среде Vivado, методы использования базы данных проекта, основы статического временного анализа и распределения тактовых ресурсов, методы определения входов и выходов, исключений, дополнительного временного анализа, дополнительные ограничения интерфейсов ввода/вывода, типовые маршруты проектирования, скрипты, основы и особенности методологии проектирования высокоскоростных схем, методологию проектирования FPGA, технику кодирования на HDL, методы организации сброса, цепей синхронизации и отчетов о взаимодействии тактовых доменов, способы оптимизации временных параметров.

Уметь: работать с базой данных проекта, выполнять статический временной анализ и использовать тактовые ресурсы, проектировать входы и выходы, работать с исключениями, устанавливать дополнительные ограничения интерфейсов ввода/вывода, разрабатывать скрипты, кодировать на HDL, использовать методологию сброса, обеспечивать оптимальные временные параметры проекта.

Модуль 17. Дополнительный курс по XDC и временному анализу для пользователей ISE Design Suite

Знать: ключевые компоненты процессора; принцип обработки прерывания в процессоре; некоторые особенности современных процессоров; сравнение некоторых существующих архитектур процессоров.

Уметь: написать простую программу на языке ассемблер; написать программу управляемою через прерывания.

Модуль 18. Основы микропроцессоров

Знать: основные компоненты, входящие в состав системы на кристалле Zynq; основные преимущества выполнения функция в программном обеспечении и в программируемой логики.

Уметь: спроектировать аппаратную платформу для СнК Zynq; выбрать наиболее оптимальный интерфейс для связи программируемой логики и процессорной системы; использовать DMA контроллер; произвести аппаратную и программную отладку СнК Zynq; запустить и отладить приложение для операционной системы Linux на СнК Zynq.

Модуль 19. Архитектура SOC Zynq-7000

Знать: программные инструменты Xilinx необходимые для проектирования встраиваемых систем;

Уметь: спроектировать встраиваемую систему на основе Micro blaze или Cortex-A9 при помощи инструмента Vivado IP Integrator и мастера настройки; написать программу, используя средства разработки программного обеспечения на основе Eclipse; создать и внедрить процессорную систему средствами Vivado Design Suite; спроектировать и добавить собственный периферийный модуль, использующий AXI интерфейс; произвести симуляцию собственного модуля используя функциональную модель шины.

Модуль 20. Построение процессорных систем

Знать: процесс загрузки процессорной системы и программируемой логики, схемы ускорения процесса загрузки; особенности использования различных типов памяти.

Уметь: применить передовые методы отладки, в том числе использовать анализатор Vivado для отладки процессорной системы; добавить в процессорную систему дополнительные контроллеры памяти; внедрить контроллер прерываний в процессорную систему; спроектировать систему использующую flash-память, осуществить загрузку системы из выбранного типа памяти.

Модуль 21. Дополнительные возможности и техника проектирования встроенных процессорных систем

Знать: синтаксис языка программирования С; особенности применения функций и макросов; эффективное применение типов переменных.

Уметь: спроектировать эффективную программу на языке С для встраиваемых систем; произвести отладку программного обеспечения при помощи GNU отладчика.

Модуль 22. Программирование на языке С в SDK

Знать: типовую архитектуру процессоров, их периферию и инструменты, основы работы с платформой разработки программного обеспечения (ПО), особенности разработки приложений под Linux, ПО для работы в среде SDK, основы программирования в автономной среде, основы программирования в среде Linux, способы управления адресным пространством, обработки прерываний, технику загрузки ПО и отладки приложений, методологию анализа ПО, основы разработки драйверов для собственного устройства, дополнительные сервисы и операционные системы, методы управления энергопотреблением в среде проектирования Xilinx.

Уметь: работать на платформе разработки программного обеспечения (ПО), программировать в среде Linux, работать с прерываниями, выполнять отладку приложения, анализ ПО, написать драйвер для собственного устройства, работать с дополнительными службами и операционными системами.

Модуль 23. Разработка ПО для процессорной системы

Знать: дополнительные возможности программного загрузчика Zynq, типовые операции загрузки Zynq, дополнительные возможности процессора Cortex-A9, расширенную конфигурацию DMA в Zynq, способы конфигурирования высокоскоростной и низкоскоростной периферий в Zynq.

Уметь: учитывая детали, выполнять загрузку Zynq, устанавливать расширенную конфигурацию DMA в Zynq, работать с низкоскоростной периферией в Zynq.

Модуль 24. Дополнительные возможности и техника разработки ПО для процессорной системы

Знать: номенклатуру и особенности 6-го семейства FPGA, архитектуру КЛБ, технику описания проекта на HDL, ресурсы КЛБ, ресурсы памяти, ресурсы ЦОС, основы ресурсов ввода/вывода, ресурсы ввода/вывода 6-го семейства, основы тактовых ресурсов, тактовые ресурсы 6-го семейства, контроллеры памяти, дополнительные аппаратные ресурсы.

Уметь: работать с 6-м семейством FPGA, выполнять описание аппаратуры на HDL, работать с ресурсами КЛБ, ресурсами памяти, ресурсами ЦОС, ресурсами ввода/вывода, ресурсами ввода/вывода 6-го семейства, тактовыми ресурсами, тактовыми ресурсами 6-го семейства, контроллерами памяти, дополнительными аппаратными ресурсами.

Модуль 25. Проектирование на 6-м семействе FPGA

Знать: требования по питанию FPGA, инструменты программы оценки энергопотребления Xilinx Power Estimator (XPE), методы оценки энергопотребления в XPE, возможности анализатора энергопотребления Xilinx Power Analyzer (XPA), методы оценки энергопотребления в XPA, оценки динамического энергопотребления, программные опции управления энергопотреблением, технику управления энергопотреблением, способы оптимизации энергопотребления ресурсов ввода/вывода, особенности управления энергопотреблением в 7-м семействе FPGA.

Уметь: выполнять требования по питанию FPGA, работать с программой оценки энергопотребления Xilinx Power, выполнять оценку энергопотребления в XPE, работать с анализатором энергопотребления Xilinx Power Analyzer (XPA), выполнять оценку энергопотребления в XPA и оценку динамического энергопотребления, устанавливать программные опции управления энергопотреблением, управлять энергопотреблением, выполнять оптимизацию энергопотребления ресурсов ввода/вывода, управлять энергопотреблением в 7-м семействе FPGA, учитывая особенности 7-го семейства FPGA, решать типовые оптимизации энергопотребления.

Модуль 26. Оптимизация FPGA по энергопотреблению