Προηγμένη Σχεδίαση Ψηφιακών Συστημάτων

Στόχοι: Το μάθημα αυτό στοχεύει στην πρακτική εκμάθηση όλων των φάσεων της υλοποίησης ενός σύνθετου ψηφιακού συστήματος, που ως μελέτη περίπτωσης είναι ένας RISC επεξεργαστής. Η υλοποίηση ξεκινάει με την ορθή σχεδίαση, ώστε να προκύψει η κατάλληλη σύνθεση, και συνεχίζει με τις υπόλοιπες πολύ σημαντικές φάσεις, που είναι η επαλήθευση της ορθής σχεδίασης και ο έλεγχος της ορθής λειτουργίας. Επιπλέον μελετώνται και υλοποιούνται τεχνικές αύξησης της δοκιμαστικότητας και της αξιοπιστίας ενός ψηφιακού συστήματος. Δίδεται έμφαση στα διαστημικά ψηφιακά συστήματα που υλοποιούνται σε FPGAs. Στα πλαίσια του παρόντος μαθήματος οι φοιτητές θα μάθουν να χρησιμοποιούν τα πιο σύγχρονα επαγγελματικά περιβάλλοντα σχεδίασης ψηφιακών συστημάτων.

Περιεχόμενο: Η απαιτούμενη VHDL για τη σωστή σύνθεση ενός ψηφιακού συστήματος σε επίπεδο μεταφοράς καταχωρητή (RTL), υλοποίηση του RISC επεξεργαστή MIPS R2000 (από την αρχιτεκτονική συνόλου εντολών, την ανάλυση των εντολών σε μικρο-λειτουργίες και την περιγραφή τους σε RTL, μέχρι τη σύνθεση της διόδου δεδομένων και της μονάδας ελέγχου), λειτουργική επαλήθευση του RISC επεξεργαστή με τη δημιουργία κατάλληλων VHDL Test Benches, έλεγχος ορθής λειτουργίας ψηφιακών συστημάτων (μοντελοποίηση και προσομοίωση ελαττωμάτων, σχεδίαση με στόχο την υψηλή δοκιμαστικότητα με τεχνικές αυτοδοκιμής στο υλικό (scan, BIST), τεχνικές συμπίεσης, και τεχνικές αυτοδοκιμής στο λογισμικό), έλεγχος ορθής λειτουργίας επεξεργαστών με έμφαση σε τεχνικές αυτοδοκιμής στο λογισμικό, σχεδίαση με στόχο την υψηλή αξιοπιστία με έμφαση στην κωδικοποίηση ανίχνευσης και διόρθωσης λαθών. Επιπλέον, δίδεται έμφαση στην υλοποίηση διαστημικών ψηφιακών συστημάτων σε FPGAs.

Εργαστήριο: VHDL προσομοίωση και σύνθεση ενός RISC επεξεργαστή σε περιβάλλον υλοποίησης με FPGA.

Αξιολόγηση: Παράδοση απαλλακτικής εργασίας, που αφορά στη σχεδίαση με τεχνικές αύξησης της δοκιμαστικότητας και της αξιοπιστίας, καθώς και στη λειτουργική επαλήθευση ενός RISC επεξεργαστή MIPS R2000.