cours vhdl fpga 1

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ETRS 511 « FPGA et VHDL »

Emilie HERAULTEmilie.Herault@univ-savoie.frBâtiment Chablais, bureau 21204 79 75 94 68

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I. INTRODUCTION

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Présentation du cours

Organisation :CM : 15h en 10 séances

10 TDs (M. Montagny)

3 TPs (M. Montagny)

Evaluation :1 exam théorique (75% )

1 exam de TP (25%)

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Présentation du cours

Objectifs du cours :Savoir utiliser les outils de synthèse logique afin de concevoir un système matériel numérique sur FPGAMaitriser les bases du langage VHDL

Prérequis : Cours d’électronique et de logique (logique booléenne, portes logiques, fonctions combinatoires et séquentielles, machine à états, représentation des nombres en binaire,…)

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Bibliographie

VHDL, du langage au circuit, du circuit au langage,

J. Weber, M. Meaudre, Dunod

Initiation au VHDL, M. Aumiaux, Dunod (plus

disponible neuf)

Circuits numériques et synthèse logique, un outil :

VHDL, J. Weber, M. Meaudrehttp://www.iutenligne.net/ressources/electronique/weber/vdhl/index.html

VHDL made easy ! D. Pellerin, D. Taylor

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Matériel

Logiciel QUARTUS IIPossibilité de télécharger sur le site d’Altera

Quartus II Web Editionhttps://www.altera.com/download/software/quartus-ii-we

Attention : téléchargement volumineux!

Carte DE1 d’Altera

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Plan gobal du cours

I. IntroductionPourquoi un cours FPGA et VHDL?

Pourquoi utiliser un circuit logique programmable?

II. FPGA

III. VHDL

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I. IntroductionPourquoi un cours « FPGA et VHDL »?

FPGA présents dans de plus en plus d’applicationsTraitement et contrôle du signal

Télécommunications (Téléphones portables, GPS)

Jeux vidéos (GameCube, XBOX, PS2..)

Médical

…

Besoin croissant des entreprises d’avoir du personnel qualifié

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I. IntroductionPourquoi utiliser un circuit logique programmable?

Objectif : Réaliser une fonction numérique

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I. IntroductionPourquoi utiliser un circuit logique programmable?

Vocabulaire :

ASIC : Application Specific Integrated Circuit

PLD : Programmable Logic Device

EPLD : Erasable Programmable Logic Device

CPLD : Complex Programmable Logic Device

FPGA : Field Programmable Gate Array

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I. IntroductionPourquoi utiliser un circuit logique programmable?

Critères de choix :

Couts

Temps de conception

Performances

Flexibilité / Conversion

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I. IntroductionPourquoi utiliser un circuit logique programmable?

Couts :

Nombre de pièces

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I. IntroductionPourquoi utiliser un circuit logique programmable?

Temps de conception :

Temps

Spec.

Spec.

Spec. Code

Code + synthèse

Code + synthèse

P. R.

Placement Routage Fabrication

Time To Market

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I. IntroductionPourquoi utiliser un circuit logique programmable?

Conception et fabrication d’un ASIC :Idée

Spécifications

Circuit logique - RTL

Portes logiques

Transistors

Masques

Fonderie

Développement

Validation

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I. IntroductionPourquoi utiliser un circuit logique programmable?

Conception et fabrication d’un ASIC :

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I. IntroductionPourquoi utiliser un circuit logique programmable?

Conception et fabrication d’un ASIC :Idée

Spécifications

Circuit logique - RTL

Portes logiques

Transistors

Masques

Fonderie

Développement

ValidationNombreuses étapesNécessite des spécialistes dans des domaines variésEquipement lourd

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I. IntroductionPourquoi utiliser un circuit logique programmable?

Performances :

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I. IntroductionPourquoi utiliser un circuit logique programmable?

Performances :

Microprocesseur à 1 GHz

1 000 000 000 opérations par seconde

FPGA à 300 MHz avec 1000 multiplicateurs

300 000 000 000 opérations par seconde

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I. IntroductionPourquoi utiliser un circuit logique programmable?

Flexibilité / Conversion

EmbeddedFPGA

EE : Efficiency : MIPS / Watt

ReconfigurableProcessor

EmbeddedProcessor

SA1100.4 MIPS/mW

Alpha0.007 MIPS/mW

DSP

2 V DSP3 MOPS/mW

Pleiades10-50 MOPS/mW

ASIC

100-1000 MOPS/mW

Flex

ibili

ty

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I. IntroductionPourquoi utiliser un circuit logique programmable?

Flexibilité / Conversion

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I. IntroductionPourquoi utiliser un circuit logique programmable?

Bilan pour les PLD :Moins chers que des ASICs pour de faibles volumesUn temps de développement moins élevéDe meilleures performances qu’un logicielDes circuits flexibles permettant des évolutions

Mais :Plus chers que des circuits standardsGourmands en énergie (sauf les « low power »)VolatileLeur sûreté de fonctionnement est parfois considérée comme faible (à juste titre?)

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I. IntroductionPourquoi utiliser un circuit logique programmable?

Utilisations classiques :

Prototypage

Production de faibles volumes

Production de circuits nécessitant des mises à jour

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I. IntroductionPourquoi utiliser un circuit logique programmable?

Fabricants

Points de différentiation :Le process (65 nm, 40 nm)Le mode de configuration (antifusible, EEPROM, SRAM)L’architecture interne

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I. IntroductionPourquoi utiliser un circuit logique programmable?

ProgrammationPar schématique

Par langage de programmation HDL : Hardware Description Langage (AHDL, ABEL,…)

VHDL : Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Langage

Verilog : conception et simulation de circuits numérique

SystemC : modélisation de systèmes numériques matériels et logiciels à l'aide de C++ (systèmes matériels, mais aussi des systèmes logiciels, mixtes ou non-partitionnés)