ZPT Evatronix Kontroler Ethernet MAC (Media Access Control) 10/100Mbit spełniający rolę rolę podstawowej arterii wymiany danych pomiędzy urządzeniami sterującymi.

Prezentacja na temat: "ZPT Evatronix Kontroler Ethernet MAC (Media Access Control) 10/100Mbit spełniający rolę rolę podstawowej arterii wymiany danych pomiędzy urządzeniami sterującymi."— Zapis prezentacji:

1 ZPT Evatronix Kontroler Ethernet MAC (Media Access Control) 10/100Mbit spełniający rolę rolę podstawowej arterii wymiany danych pomiędzy urządzeniami sterującymi i kontrolnym samolotu A380. Układy logiczne – układy cyfrowe Jak projektować układy cyfrowe (systemy cyfrowe) Układy arytmetyki rozproszonej filtrów cyfrowych Układy kryptograficzne

2 ZPT Układy cyfrowe …nie są projektowane bezpośrednio z bramek logicznych i przerzutników. 1) Bramki i elementarne układy pamięciowe (przerzutniki) 2) multipleksery, sumatory, komparatory, liczniki, rejestry. Tworzą one nowe elementy konstrukcyjne, z których buduje się złożone układy cyfrowe o różnorodnych zastosowaniach: układy przetwarzania sygnałów, układy sterowania, specjalizowane procesory, układy kryptograficzne. Przerzutnik typu D D Clk 2 Bloki funkcjonalne Specjalizowane układy cyfrowe Układy cyfrowe są projektowane w sposób hierarchiczny:

3 ZPT 3 W latach 80…. Sumatory Liczniki Rejestry Komparatory Konwertery Bufory Rejestry przesuwajace Bloki funkcjonalne: Były produkowane w postaci katalogowych układów scalonych serii 74xx 74xx A jak jest dziś?

4 ZPT Licznik Rejestr Mux …stanowią wyposażenie bibliotek komputerowych systemów projektowania Każdy układ cyfrowy składamy z bloków funkcjonalnych 4 Bloki funkcjonalne…

5 ZPT Licznik Rejestr Mux …stanowią wyposażenie bibliotek komputerowych systemów projektowania W procesie konstruowania systemów cyfrowych struktura wewnętrzna bloku w zasadzie nas nie interesuje 5 Bloki funkcjonalne…

6 ZPT 6 Bloki funkcjonalne B. kombinacyjneB. sekwencyjnePamięci Arytmetyczne Komparator Sumator Komutacyjne MUX DMUX DEC Rejestry Równoległe Przesuwające Liczniki Zliczające W górę W dół ROM (RAM)

7 ZPT Multiplekser (MUX) gdzie P k (A) oznacza pełny iloczyn zmiennych a n–1,...,a 0, prostych lub zanegowanych, zgodnie z reprezentacją binarną liczby k = L(A). a n-1 a 0 e d d d 0 1 N-1 y 7 N = 2 n wejść informacyjnych Wejście zezwalające Wejścia adresowe Wyjście

8 ZPT Multiplekser (MUX) a n-1 a 0 e=1 d d d 0 1 N-1 y 8 Dla n = 1 (MUX 2 : 1): dla n = 2 (MUX 4 : 1): dla n = 3 (MUX 8 : 1):

9 ZPT Multiplekser 4:1 a 1 a 0 d d d 0 1 3 d d 2 d 9 =0 0 =0 1 y=d 0 y=d 1 =1=1 =0=0 =0=0=0=0 Multiplekser jako przełącznik

10 ZPT Multiplekser jako przełącznik 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 10 d0d1d2d3d0d1d2d3 a0a1a0a1 e y Każdy blok funkcjonalny można skonstruować bramek logicznych

11 ZPT Multiplekser jako przełącznik 11 Źródło danych I 0 00…00 00…01 odbiornik 2 n  1 adresów źródeł Źródło danych I 1 00…01 2n12n1 Źródło danych I 11…11 f 2 n źródeł danych 11…11 Multiplekser To nie jest połączenie w postaci ścieżki metalizowanej

12 ZPT Demultiplekser gdzie P k (A) oznacza pełny iloczyn zmiennych a n–1,...,a 0, prostych lub zanegowanych, zgodnie z reprezentacją binarną liczby k = L(A). 12 N = 2 n wyjść Wejścia adresowe Wejście informacyjne Wejście zezwalające

13 ZPT Demultiplekser jako przełącznik 000000 000000 000000 0 0 1 1 1 11 1 a0a1a0a1 e y0y0 d y1y1 y2y2 y3y3 13 =d

14 ZPT Demultiplekser jako przełącznik 14 00…01 2 n adresów odbiorników 2 n odbiorników 11…11 Źródło danych f0f0 f1f1 f 2n12n1 Demultiplekser 00…00 00…01 11…11

15 ZPT 15 Dekoder N = 2 n DMUX DEKODER d = 1 e = 1

16 ZPT Bloki komutacyjne 1 00 1 a 1 a 0 01230123 010010 01230123 1 00 1 010010 011011 000000 111111 010010 000000 111111 000000 000000 000000 000000 000000 000000 000000 000000 000000 010010 010010 010010 010010 16 W dzisiejszych czasach można skonstruować blok komutacyjny o dowolnych wymiarach… Dane można przesłać z dowolnego źródła do dowolnego odbiornika

17 ZPT y =  (1,7,11,13,14,15) 17 MUX/DMUX w realizacji funkcji boolowskich x3x2x1x0x3x2x1x0 1 y 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 x3x2x1x0x3x2x1x0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 y 00000000000000000000 111111111111

18 ZPT 18 Bezpośrednie zastosowanie MUX/DMUX do realizacji funkcji boolowskich … należy odłożyć do kosza! Sensowne jest natomiast stosowanie tych układów do wspomagania procesu syntezy funkcji boolowskich Dobrym przykładem jest zastosowanie dekoderów do zmniejszania liczby wyjść pamięci ROM w realizacjach zespołów funkcji boolowskich. Jest to problem z zadań 11.13 i 11.14 str. 194 skryptu ULOG w zadaniach.

19 ZPT Komparator A n B n K „1 z 3” A < B A = B A > B 100100 010010 001001 0001 011100011001 Taki komparator można łatwo zbudować z bramek logicznych 19

20 ZPT Komparator Metody syntezy logicznej można wspomagać intuicją inżynierską A n B n K 20 a3a3 a2a2 a1a1 a0a0 b3b3 b2b2 b1b1 b0b0 Y1Y1 Y2Y2 Y3Y3 00000000010 00010000100........... 00001101001........... 11111111010

21 ZPT Komparator dla liczb 4-bitowych A = a 3 a 2 a 1 a 0 B = b 3 b 2 b 1 b 0 A > B = A < B = A eq B = i 3 i 2 i 1 i 0 i 0 i 1 i 2 i 3 a3b3a2b2a1b1a0b0a3b3a2b2a1b1a0b0 21 A 1000 B 0- - - Zawsze A > B, jeśli a 3 = 1 i jeśli b 3 = 0

22 ZPT Sumatory Sumator – podstawowy BF powszechnie stosowany w technice DSP Inne układy arytmetyczne: układy odejmowania układy mnożące układy dzielenia...są budowane z sumatorów c n c 0 A n B n Y n  A 22

23 ZPT Najprostszy sumator Kaskadowy – ripple carry adder a b ii y i c i+1 c i  a b 00 y 0 c 1 c 0  a b c n-1 y c n  c n c 0 A n B n Y n  1001 0110 1111 C 4 =0 0111 0000 C 4 =1 Jak jest zbudowane pojedyncze ogniwo? 23

24 ZPT Funkcje logiczne sumatora abccoco y 000 001 010 011 100 101 110 111 24 y coco c  a b 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1

25 ZPT Funkcje logiczne sumatora abccoco y 000 001 010 011 100 101 110 111 ab c00011110 00101 11010 ab c00011110 00010 10111 25 y coco c  a b 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1

26 ZPT Sumator (Full adder) ciaibiciaibi s i c i+1 26

27 ZPT 27 Bloki funkcjonalne c.d. B. kombinacyjneB. sekwencyjnePamięci Układy Arytmetyczne Komparator Sumator Układy Komutacyjne MUX DMUX DEC Rejestry Równoległe Przesuwające Liczniki Zliczające W górę W dół ROM

28 ZPT Rejestry Rejestry buduje się z przerzutników typu D CLK D 1 D 3 D 2 D 4 Q 1 Q 3 Q 2 Q 4 0100 LOAD 0100 Taki rejestr nazywamy równoległo-równoległym, krótko równoległym Najprostszy rejestr:ładowanie (load) i pamiętanie 28

29 ZPT Rejestr przesuwający WEQ1Q1 Q2Q2 Q3Q3 Q4Q4 00000 11000 00100 00010 00001 00000 Q 1 Q 3 Q 2 Q 4 wejście szeregowe D 1 D 2 D 3 D 4 0 SHR clk 000010 Taki rejestr nazywamy szeregowo-równoległym, krótko szeregowym 29

30 ZPT Jak zbudować rejestr uniwersalny... Q 1 Q 3 Q 2 Q 4 CLK wejście szeregowe D 1 D 2 D 3 D 4 tzn. taki, który wykonywałby funkcje zarówno rejestru CLK D 1 D 3 D 2 D 4 Q 1 Q 3 Q 2 Q 4 równoległego, jak też szeregowego 30

31 ZPT 31...wystarczy rozbudować rejestr przesuwający Q 1 Q 3 Q 2 Q 4 CLK wejście szeregowe D 1 D 2 D 3 D 4 Clock D0 D1 D Q Q Sel

32 ZPT Rejestr szeregowo-równoległy Y := X LOAD Y := Y HOLD Y := SHR(x p, Y) R (Q) clock Y x X s 1 s 2 Clock D D D D 0 1 X Y x p Wejścia równoległe Wyjścia równoległe Wejście szeregowe D Q D Q D Q D Wejście sterujące Q 0 1 Clock 32 Y := X LOAD Y := Y HOLD Y := SHR(x p, Y) R (Q) clock Y x p X s 1 s 2 Taki rejestr można rozbudowywać dalej uzyskując tzw. rejestr uniwersalny

33 ZPT Mikrooperacje rejestru 1100 SHR – przesuwanie w prawo LOAD SHR LOAD HOLD SHR LOAD HOLD 0010 0110 0011 0001 1100 33 xRxR 0

34 ZPT Liczniki… Licznik E clock Q ESES 01 S0S0 S0S0 S1S1 S1S1 S1S1 S2S2 S2S2 S2S2 S3S3 S3S3 S3S3 S4S4  S7S7 S7S7 S0S0 …przykład syntezy licznika (zadanie 8.1 skrypt Układy logiczne w zadaniach) 34 Zaprojektować licznik mod 8 z wejściem zezwalającym E (Enable). Przerzutniki do realizacji dobrać tak, aby uzyskać najprostszy schemat logiczny licznika.

35 ZPT E S 01 E Q2Q1Q0 01 S0S0 S0S0 S1S1 000 001 S1S1 S1S1 S2S2 010 S2S2 S2S2 S3S3 011 S3S3 S3S3 S4S4 100 S4S4 S4S4 S5S5 101 S5S5 S5S5 S6S6 110 S6S6 S6S6 S7S7 111 S7S7 S7S7 s0s0 000 S’Q2Q1Q0Q2’Q1’Q0’ Zakodowana tablica przejść licznika Tablica przejść Zakodowana tablica przejść kod binarny 35

36 ZPT E Q2Q1Q0 01 E Q2Q1Q0 01 000 001000 001 010001 010 011 100 011 100010 011 100 101110 111 101 110111 000 110 111101 110 111 000100 101 Q2Q1Q0Q2’Q1’Q0’Q2Q1Q0Q2’Q1’Q0’ Zakodowana tablica transformowana do tablicy Karnaugha 36

37 ZPT E Q2Q1Q0 01 E Q2Q1Q0 010101 000 001000000001 001 010001000110 011 100011011010 010 011010001101 110 111110111101 111 000111101010 101 110101110110 100 101100110001 Q2Q1Q0Q2’Q1’Q0’Q2Q1Q0D2D1D0 Funkcje wzbudzeń dla przerzutników D D2 = D1 =D0 = QQ’D 000 011 100 111 37

38 ZPT E Q2Q1Q0 01 E Q2Q1Q0 010101 000 001000000001 001 010001000101 011 100011010101 010 011010000001 110 111110000001 111 000111010101 101 110101000101 100 101100000001 Q2Q1Q0Q2’Q1’Q0’Q2Q1Q0T2T1T0 T2 = T1 =T0 = Funkcje wzbudzeń dla przerzutników T QQ’T 000 011 101 110 38 Errata do zad. 8.1 ze skryptu

39 ZPT Schemat logiczny licznika 1) T0T0 Q Q Clock T1T1 Q Q Enable T2T2 Q Q 11 QT  102 01 0 QEQT T ET    1) Najprostszy na świecie 39

40 ZPT EAEA 01 A0A0 A0A0 A1A1 A1A1 A1A1 A2A2 A2A2 A2A2 A3A3 A3A3 A3A3 A4A4 A4A4 AA5A5  A 14 A 15 A0A0 40 T Q Q Clock T Q Q Enable T Q Q T Q Q Schemat ten można uogólnić…

41 ZPT T Q Q Clock T Q Q Enable Rst T Q Q T Q Q Wada: jest to licznik bez funkcji: LOAD (ładowanie) 0100 Realizacja funkcji ładowania dla przerzutników T jest niemożliwa Licznik 4-bitowy 41 Jak wybrnąć z tej sytuacji? Trzeba znać i rozumieć układy logiczne! z powodzeniem może być wykorzystany do realizacji licznika uniwersalnego

42 ZPT Przerzutnik T realizowany z D DQDQ 01 001 101 Q’ = D TQTQ 01 001 110 Równanie charakterystyczne: Q’ = f(I 1,I 2,Q) D = D Q Q T clk 42

43 ZPT Licznik z wpisem równoległym.. T Q Q Clock T Q Q Enable Rst T Q Q T Q Q D Q Q T clk …uzyskamy, zastępując przerzutniki T… 43

44 ZPT Licznik z przerzutnikami D 44 Wprowadzając taką zmianę, jak też wprowadzając przed wejście każdego D multiplekser, uzyskujemy strukturę licznika z mikrooperacją wpisu równoległego.

45 ZPT Licznik z wpisywaniem równoległym 45

46 ZPT Licznik z wpisywaniem równoległym 46 Y := X LOAD Y := Y HOLD Y := Y+1 COUNT L (Q) clock Y X s 1 s 2

47 ZPT Mikrooperacje licznika 1100 Zliczanie LOAD COUNT LOAD HOLD COUNT LOAD HOLD 0010 1101 1110 1111 1100 47

48 ZPT Pamięci typu ROM N słów (komórek) m-bitowych A ROM N  m X0X0 XiXi X N-1 n Y m N = 2 n W każdym komórce pamięci zapisane jest słowo m-bitowe Pamięć ROM jest uniwersalnym układem kombinacyjnym 48

49 ZPT Pamięci typu ROM Adres ROM 8  4 0123456701234567 000000 001001 101101 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 49

50 ZPT Więcej o cyfrowych blokach funkcjonalnych w… 50 Pamięci typu ROM… Pamięci typu ROM odgrywają coraz większą rolę w syntezie logicznej układów cyfrowych Są doskonałymi elementami konstrukcyjnymi w strukturach FPGA z wbudowanymi pamięciami