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PARCOURS DE FORMATION SIN – FPGA

Formation des enseignants. Spécialité SIN du baccalauréat STI2D

Christian DupatyProfesseur de génie électrique

Lycée Fourcade 13120 [email protected]

http://genelaix.free.fr

Contrôle D’ACCES à un parking

Projet support du parcours SIN FPGA

Christian Dupaty – académie d’[email protected] http://genelaix.free.fr/

Intégration forte

Faible

consommation

FPGA et Développement Durable

C.Dupaty Académie d'Aix-Marseille 3

Puissance de

calcul

Flexibilité

d’emploi

Adaptabilité Sécurité

Fiabilité

Objectifs• Acquérir à travers une approche inductive les

connaissances et savoir-faire permettant d’élaborer des séquences de cours/TD/TP autour des FPGA dans le cadre du programme du bac STI2D.

• FPGA : field-programmable gate array


Choix des outils


Choix des outils

• Ergonomie de ‘outil de développement- Edition de schéma- Edition graphique de machines à états- Synthèse VHDL et Verilog- Simulateur

• Polyvalence de la carte de tests - Afficheurs 7 segments, LEDs, interrupteurs, poussoirs- Afficheur LCD alphanumérique- intefaces : RS232, USB, Ethernet, audio et videoin/out, VGA, HDMI, mémoire SD…- Robustesse

• Prix raisonnable pour un établissement scolaire


Outils de développement ALTERA



La carte DE2

Le KIT DE2


CARTE DE2


Démonstrations


� Controleur graphique VGA, Lecteur de musique WMV, Clavier PS/2, Contrôleur de SDRAM de mémoire Flash, gestion RS-232 , USB et Ethernet .(En langage VERILOG)

CYCLONE II - EP2C35

• Technologie 1.2v 90nm

• 33216 Logic Elements (LEs) LUT+Bascule D

• 475 (max) broches d’entrées/sorties (I/O)

• 483 KBits de RAM, répartis en blocks de 4KBits

• 35 multiplieurs 18bits x 18 bits

• 4 PLL (multiplication de fréquence)

• F max # 260Mhz suivant les versions.


e3

e2

e1

e0

Look Up Table (LUT) Principe 2 entrées


MU

X

AB

S

Exemple : fonction NAND

A B e3 e2 e1 e0 S

0 0 x x x 1 1

0 1 x x 1 x 1

1 0 x 1 x x 1

1 1 0 x x x 0

0

1

1

1

Look Up Table (LUT) 4 entrées


Environ 80 transistors MOS

CYCLONE II Logic Element (mode normal)


Structure LAB (logic array bloc)


EP2C35: 2100 LABsChaque LAB contient 16 LEs

Recommandations d’équipements

• Pour un élève :

• Un PC WINDOWS/LINUX deux cœurs (ou plus)écran 19 pouces (ou plus)

• Connexion internet

• Logiciel QUARTUS 10.x WEB-edition pour la formation de base. Avec licence (gratuite) pour une utilisation avancée.

• Une carte DE2, DE2-70, DE2-115 (#250€-350€)

• Dans la classe, pour les démonstrations avancées et les TP de configuration :

• Un écran VGA pour les essais

• Une souris et un clavier (connecteurs PS2)

• Une source vidéo (lecteur DVD)

• Un ensemble micro Haut parleur

• Une prise Ethernet pour le KIT DE2


Fournisseurs

• QUARTUS II :

https://www.altera.com/download/dnl-index.jsp

• KIT DE2 :

http://web.cnfm.fr/ALTERA/


Parcours SIN-FPGA


Prérequis

Bonne connaissance de la logique combinatoire et séquentielle.

– Algèbre binaire, numération binaire, BCD, hexadécimale, code ASCII etc…

– Fonction combinatoires

– Multiplexage, démultiplexage, codage, décodage …

– Bascules RS, D, JK etc…

– Compteur synchrone, asynchrones, mémoires, TIMER (astables, monostables)

– Notions sur le langage VHDL

– …


Développement d’applications sur

FPGA


SCHEMAS Machines à états VHDL(s)

SCHEMA de haut niveau

VHDL de haut niveau Symboles

Structure pédagogique

• Réaliser complètement le gestionnaire de parking en utilisant les trois outils de description :

– SIN FPGA 1: description par schéma, apprentissage des outils

– SIN FPGA 2: Description par machines à états

– SIN FPGA 3: Description en langage VHDL

Chaque module est accompagné d’exercices

d’apprentissage et d’applications


Gestion d’un Parking

• Gérer les accès à un parking de n places.

• Afficher le nombre de place disponibles dans

le parking

• Autoriser l’accès s’il reste au moins une place


Descriptions


Décompter

Compter

Autoriser l’entrée

d’un véhicule

Détecter la sortie

d’un véhicule

Comparer avec 0

Comparer avec le

nombre max de

places

Afficher le

nombre de places

restants

Autoriser

l’ouverture de la

barrière

Max

Véhicule

entrant

Véhicule

sortant

Barrière

Initialise, parking vide Utilisateur

Vert : fonctions développées par

MAE

Bleu : fonction développée par

macro-composants

Rouge : fonctions développées en

VHDL

Orange : fonctions développées en

schéma

Structure logique à réaliser


VH

DL

SC

HE

MA

SC

HE

MA

MA

E

VHDL

• Les TP font appels

à des notions du

langage VHDL.

• Consultez le livre

de J.Weber et

S.Moutault

http://books.goog

le.fr/books?id=AK

oIOwjcqnUC


Merci pour votre attention


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