Belépés címtáras azonosítással
magyar nyelvű adatlap
angol nyelvű adatlap
Mikroelektronikai tervezés
A tantárgy angol neve: Microelectronics Design
Adatlap utolsó módosítása: 2019. május 6.
Villamosmérnök Szak
BSc képzésMikroelektronikai tervezés és gyártás szakirány
Név:
Beosztás:
Tanszék, Int.:
Dr. Horváth Péter
adjunktus
Elektronikus Eszközök Tsz
A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.
A kötelező előtanulmányi rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.
Ajánlott a Mikroelektronika tárgy kreditjének megszerzése.
A tárgy megismerteti a modern digitális rendszerek tervezésének eszközeit és módszereit. Az összetett digitális funkciót megvalósító rendszerek tervezésének menetét a különböző elvonatkoztatási szinteken használatos formális nyelvű modellek jellegzetességeinek és az azok feldolgozásához használt EDA szoftverrendszerek működésének ismertetésén keresztül mutatja be. A tárgy továbbá áttekintést nyújt az áramköri tervek funkcionális verifikációjának módszereiről, valamint fizikai megvalósításuk lehetséges technológiáiról, beleértve a standard cellás ASIC és programozható logikai áramköröket (CPLD-k, FPGA-k). Az előadássorozat a feldolgozott témakörök alapján négy részre bontható:
1. Digitális funkció modellezése magas szintű programozási nyelvekkel
2. Regiszter-transzfer szintű tervezés
3. Formális nyelvű modellek funkcionális verifikációja
4. Megvalósítási technológiák, automatizált áramkörszintézis és fizikai tervezés
1. hét: Digitális rendszertervezés
· Absztrakciós szintek, optimalizációs szempontok, a tervezés folyamata
2. hét: Digitális funkció modellezése objektumorientált programozási nyelvekkel
· Esettanulmány - Objektumorientált áramköri modellek: OO ISA szimulátorok, alkalmazás-specifikus utasításkészletű processzorhoz (Application-Specific Instruction Set Processor, ASIP) illeszthető gyorsító áramkör klaszteranalízis alkalmazásokhoz.
3. hét: Hardverleíró nyelvek, Regiszter-transzfer szintű tervezés I.
· A hardverleíró nyelvek (HDL-ek) eredete, a HDL-ek szerepe napjainkban, terminológia, ABEL, VHDL, SystemVerilog
· A regiszter-transzfer szint: definíció, jellemzők, specifikáció, tervezési feladatok
· HDL példák I.: logikai kapu, félösszeadó, multiplexer, prioritásos enkóder, aritmetikai áramkörök, tri-state buffer
4. hét: Hardverleíró nyelvek, Regiszter-transzfer szintű tervezés II.
· Szintézis eszközök kódolási konvenciói (RTL design guidelines)
· HDL példák II / 1.: D flip-flop, regiszter, shift-regiszter, regisztertömbök, FIFO, éldetektorok, szinkron aritmetika + register balacing, watchdog, késleltetésmérő, FSK modulátor / demodulátor
5. hét: Hardverleíró nyelvek, Regiszter-transzfer szintű tervezés III.
· HDL példák II / 2.: FSM (3, 2, 1 process, kimeneti bufferek, beágyazott aritmetika), adatfeldolgozó rendszerek modellezése (vezérlés + műveletvégzés, implementációs sémák, viselkedési RTL, strukturális RTL, shift&add szorzó példa)
6. hét: Hardverleíró nyelvek, Regiszter-transzfer szintű tervezés IV.
· Ideális / nemideális D flip-flop időzítési tulajdonságai.
· Metastabilitás jelensége és kvalitatív magyarázata dinamikus master/slave D flip-flop esetén. Metastabilitás órajeltartományok határán.
· CDC, szinkronizálók: double flopping, toggle pulse synchronizer, hand-shake pulse synchronizer, Gray synchronizer, recirculation mux synchronizer, recirculation mux synchronizer + hand-shake.
· Reset szinkronizálás: szinkron/aszinkron meghúzás/elengedés, fan-out kiegyenlítés, reset szekvenciák.
7. hét: Funkcionális verifikáció I.
· A funkcionális verifikáció alapfogalmai
· Verifikáció típusai (BB, GB, WB)
· Gerjesztés előállítása (irányított teszt, random, constrained random)
· Kódlefedés
8. hét: Funkcionális verifikáció II.
· Self-cheking tesztkörnyezetek, regressziós tesztelés.
· Verifikációs komponensek (BFM modellek, protokoll-monitorok), debug és error injection interfész.
· Naplózás, riportgenerálás
9. hét: Statikus időzítésvizsgálat
10. hét: Digitális funkció megvalósításának technológiái
· Full-custom ASIC, standard cellás ASIC.
· PLD-k: konfigurálható összeköttetések, PROM, PLA, CPLD, FPGA
11. hét: RTL szintézis és optimalizáció I.
12. hét: RTL szintézis és optimalizáció II.
13. hét: RTL optimalizáció és timing closure esettanulmányok
14. hét: A félév elején kiadott házi feladatok bemutatása.
A tárgyhoz tantermi gyakorlat (2 óra/2 hét) tartozik:
1. hét: RTL kapcsolási séma készítése informális (szöveges) specifikáció alapján.
3-5. hét: Szintetizálható VHDL / SystemVerilog modell készítése RTL kapcsolási séma és szöveges specifikáció alapján.
7. hét: Egyszerű tesztkörnyezet készítése VHDL / SystemVerilog nyelven és hullámforma-alapú funkcionális verifikáció.
9. hét: Automatizált regressziós tesztelésre alkalmas tesztkörnyezet készítése VHDL / SystemVerilog nyelven.
11. hét: Egyszerű áramköri modell automatizált RTL szintézise FPGA technológiára, statikus időzítésvizsgálat.
13. hét: Egyszerű áramköri modell post-place&route időzítési szimulációja.
· A tantárgy elméleti anyagát a 2 óra/hét kiméretű előadásokon ismertetjük.
Az aláírás feltétele
· Jelenlét az előadások legalább 70%-án.
· Jelenlét a tantermi gyakorlatok legalább 70%-án.
· A nagyzárthelyi elégséges szintű teljesítése, melyet a 11. oktatási héten tartunk.
· A félév során 3 kiszárthelyit íratunk. Az aláírás megszerzéséhez legalább 2 kiszárthelyi elégséges szintű teljesítése szükséges.
· Otthoni házi feladat elkészítése: Egy kijelölt, szűkebb tématerület szakirodalom alapján való feldolgozása és bemutatása a félév végén.
Vizsga
· A tárgyból írásbeli vizsgát tartunk.
Zárthelyik ill. vizsganapok előtt az előadókkal történő személyes megbeszélés vagy e-mail képezi a konzultáció alapját.
· Elektronikusan elérhető előadás fóliák, oktató által készített segédanyagok.
· Tanszéki elektronikus jegyzetek a tanszéki tanulmányi felületről.
Kontakt óra
42
Készülés előadásokra
7
Készülés gyakorlatokra
Készülés laborra
0
Készülés zárthelyire
16
Házi feladat elkészítése
8
Önálló tananyag-feldolgozás
Vizsgafelkészülés
32
Összesen
120
Az IMSc-s hallgatók számára ugyanazon tananyag és tematika mellett mélyebb, összetettebb feladatok gyakoroltatják ugyanazokat a témaköröket (lásd kijelölt írásos tananyag elsajátítása és házi feladat). Az érdeklődők számára a tárgyon tanultak alkalmazását bemutató, illetve a tárgy tananyagán túlmutató szakmai írásokat teszünk közzé a tárgy honlapján. Ezek egyéni elmélyülésre adnak lehetőséget. Feldolgozásukhoz konzultációk keretében segítséget nyújtunk.