Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással

    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Mikroelektronikai tervezés

    A tantárgy angol neve: Microelectronics Design

    Adatlap utolsó módosítása: 2017. június 21.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar

    Villamosmérnök Szak

    BSc képzés
    Mikroelektronikai tervezés és gyártás szakirány

    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIEEAC01 5 2/1/0/v 4  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Horváth Péter, Elektronikus Eszközök Tanszéke
    4. A tantárgy előadója

    Név:

    Beosztás:

    Tanszék, Int.:

    Dr. Horváth Péter

    adjunktus

    Elektronikus Eszközök Tsz

    Jani Lázár

    tanársegéd

    Elektronikus Eszközök Tsz

    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít
    • Mikroelektronika
    • Digitális technika 1
    • Digitális technika 2
    • Programozás 1
    • Programozás 2
    6. Előtanulmányi rend
    Kötelező:
    ((Szakirany("AVINmikrogyart", _) VAGY
    Szakirany("AVINmikroterv", _) VAGY
    Szakirany("AVIelektro", _) VAGY
    Szakirany("AVImikro", _) )

    VAGY Training.code=("5NAA7") )

    ÉS NEM ( TárgyEredmény( "BMEVIEEA328" , "jegy" , _ ) >= 2
    VAGY
    TárgyEredmény("BMEVIEEA328", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0)

    A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

    A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

    Ajánlott:

    Ajánlott a Mikroelektronika tárgy kreditjének megszerzése.

    7. A tantárgy célkitűzése

    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

    8. A tantárgy részletes tematikája

    1. hét: Digitális rendszertervezés

    ·       Absztrakciós szintek, optimalizációs szempontok, a tervezés folyamata

    2. hét: Digitális funkció modellezése magas szintű programozási nyelvekkel I.

    ·       C, C++ ismétlés (az áramkörmodellezésben alkalmazott nyelvi szerkezetek áttekintése)

    3. hét: Digitális funkció modellezése magas szintű programozási nyelvekkel II.

    ·       Esettanulmány - Procedurális áramköri modellek: Radix-2 FFT, procedurális utasításkészlet (Instruction Set Architecture, ISA) szimulátorok

    4. hét: Digitális funkció modellezése magas szintű programozási nyelvekkel III.

    ·       Esettanulmány - Objektumorientált áramköri modellek: OO ISA szimulátorok, alkalmazás-specifikus utasításkészletű processzorhoz (Application-Specific Instruction Set Processor, ASIP) illeszthető gyorsító áramkör klaszteranalízis alkalmazásokhoz.

    5. 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

    6. 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

    7. 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)

    8. 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.

    9. hét: Funkcionális verifikáció I.

    ·       A funkcionális verifikáció alapfogalmai

    ·       Verifikáció típusai (BB, GB, WB)

    ·       Gerjesztés előállítása (irányított teszt, random, constrained random)

    ·       Kódlefedés

    10. hét: Funkcionális verifikáció II.

    ·       Self-cheking tesztkörnyezetek, regressziós tesztelés.

    ·       Verifikációs komponensek (BFM modellek, protokoll-monitorok), debug és error injection interfész.

    ·       Naplózás, riportgenerálás

    11. hét: Digitális funkció megvalósításának technológiái

    ·       Full-custom ASIC, standard cellás ASIC.

    ·       PLD-k: konfigurálható összeköttetések, PROM, PLA, CPLD, FPGA

    12. hét: RTL szintézis & fizikai tervezés

    13-14. hét: A félév elején kiadott házi feladatok bemutatása.

    A tárgyhoz tantermi gyakorlat (2 óra/2 hét) tartozik:

    1. hét: Egyszerű funkcionális elem viselkedési modelljének és a hozzá tartozó tesztkörnyezetnek az elkészítése C++ nyelven.

    3. hét: VHDL esettanulmány: egyszerű, előre kiadott RTL modell verifikációja logikai szimulációval, hullámforma-megjelenítő segítségével.

    5. hét: Egyszerű funkcionális elem VHDL/Verilog modelljének előállítása + egyszerű tesztkörnyezet készítése.

    7. hét: VHDL esettanulmány: összetett, előre kiadott RTL modell verifikációja self-checking tesztkörnyezet segítségével.

    9. hét: Egyszerű funkcionális elem VHDL/Verilog modelljéhez self-checking tesztkörnyezet készítése.

    11. hét: Egyszerű funkcionális elem RTL szintézise standard cellára. STA, post-layout / post-place&route szimuláció

     

    13. hét: Egyszerű funkcionális elem RTL szintézise FPGA-ra. STA, post-layout / post-place&route szimuláció

    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

    ·       A tantárgy elméleti anyagát a 2 óra/hét kiméretű előadásokon ismertetjük.

    • A tárgyhoz tantermi gyakorlat (2 óra/2 hét) tartozik.


    10. Követelmények

    Az aláírás feltétele

    ·                   A félév során 1 nagyzárthelyit íratunk.

    ·       A félév során 3 kiszárthelyit íratunk. Az aláírás megszerzéséhez legalább 2 kiszárthelyi elégséges teljesítése szükséges.

    ·       Otthoni kis házi feladat elkészítése

    o   Tervezési / modellezési feladat az előadásokon ismertetett módszerek segítségével.

    o   Egy kijelölt, szűkebb tématerület szakirodalom alapján való feldolgozása és bemutatása a félév végén.

    Vizsga

     

    ·       A tárgyból írásbeli vizsgát tartunk.

    11. Pótlási lehetőségek
    • A nagyzárthelyi a pótlási időszakban egy alkalommal pótolható, pót-pót-ZH főszabály szerint nincs.
    • A kiszárthelyik külön-külön nem, csak együttesen pótolhatók a pótlási időszakban.
    • A házi feladatok késedelmes bemutatására a pótlási időszak végéig van lehetőség.
    12. Konzultációs lehetőségek

    Zárthelyik ill. vizsganapok előtt az előadókkal történő személyes megbeszélés vagy e-mail képezi a konzultáció alapját.

    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

    ·       Elektronikusan elérhető előadás fóliák, oktató által készített segédanyagok.

    ·       Tanszéki elektronikus jegyzetek a tanszéki tanulmányi felületről.

    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka

    Kontakt óra

    42

    Készülés előadásokra

    7

    Készülés gyakorlatokra

    7

    Készülés laborra

    0

    Készülés zárthelyire

    16

    Házi feladat elkészítése

    8

    Önálló tananyag-feldolgozás

    8

    Vizsgafelkészülés

    32

    Összesen

    120

    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

    Név:

    Beosztás:

    Tanszék, Int.:

     

    Dr. Horváth Péter

    adjunktus

    Elektronikus Eszközök Tsz

    IMSc tematika és módszer

    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.

    IMSc pontozás
    • A jeles alsó ponthatára feletti összes többlet pontszámot IMSc pontszámnak számolunk (legfeljebb 5 pont).
    • További 10 pontot lehet szerezni a zárthelyin választható kiegészítő feladattal is. A kiegészítő feladatot tartalmazó ZH-ra előzetesen jelentkezni kell. A kiegészítő feladatot csak az alap feladatok 75%-os teljesítése mellett pontozzuk, és az itt megszerzett pontok az aláírás megszerzésére nem használhatóak fel.
    • Az IMSc pontok megszerzése a programban részt nem vevő hallgatók számára is biztosított.