ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 6
ВВЕДЕНИЕ 7
1 Анализ технического задания 9
2 Описание принципов функционирования системы 14
3 Измеряемые параметры 17
4 Метод измерения 23
5 Схемотехнический раздел
5.1 Выбор отладочной платы и ПЛИС 26
5.2 Схема электрическая принципиальная 27
5.3 Топология печатной платы 28
6 Разработка программного обеспечения 31
6.1 Генерация тестовых сигналов 32
6.2 Работа со встроенным блоком памяти 35
7 Результаты измерений 36
8 Безопасность жизнедеятельности и охрана труда
8.1 Анализ условий эксплуатации проектируемой системы 46
8.2 Соответствие проектируемого устройства требованиям
безопасности 47
8.3 Параметры микроклимата 48
8.4 Освещение 49
8.5 Шум 51
9 Организационно-экономический раздел
9.1 Сетевое планирование НИР 52
9.2 Построение сетевого графика 53
9.3 Расчёт ожидаемой продолжительности выполнения работ 54
9.4 Расчёт параметров событий сетевого графика 55
9.5 Расчёт параметров работ сетевого графика 57
9.6 Расчет затрат на НИОКР 61
9.7 Расчет затрат на разработку, внедрение и применение проекта 64
9.8 Расчет величины экономического эффекта проекта 65
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 68
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 69
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Исходный код программы для ПЛИС XC4VLX40 71
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Исходный код программы для ПЛИС 5576ХС4Т 79
Современные средства связи невозможно представить без устройств высокоскоростного приема, цифровой обработки и передачи сигналов. Требуется возможность работы с большим количеством потоков данных и параллельным выполнением многих операций, а частоты, на которых работают шины данных, превышают сотни мегагерц.
Для этих целей в качестве элементной базы применяют сигнальные процессоры, программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) или их синтез. В зависимости от задач и режимов происходит выбор того или иного решения. Во многих задачах, поставленных перед разработчиками, так или иначе, использование ПЛИС предпочтительнее, поэтому остановимся на них подробнее.
Одной из тенденций развития цифровой техники сегодня является применение ресурсов программируемой логики не только для реализации отдельных блоков, но и проектируемых устройств в целом, вплоть до создания систем на кристалле. ПЛИС позволяет это сделать. В отличие от обычных цифровых микросхем, логика работы ПЛИС не определяется при изготовлении, а задаётся посредством программирования (проектирования). Для программирования используются программаторы и отладочные среды, позволяющие задать желаемую структуру цифрового устройства в виде принципиальной электрической схемы или программы на специальных языках описания аппаратуры, таких как Verilog, VHDL, AHDL и др. Количество логических микросхем, которые можно создать в одной ПЛИС зависит от ее типа и может достигать 40000 эквивалентных микросхем средней логической интеграции. На небольшом кристалле с минимальным энергопотреблением, могут программироваться и процессоры со всей логикой работы и памятью, т.к. ПЛИС имеет встроенные ячейки памяти объёмом до нескольких мегабайт.
Стоит перечислить главные особенности ПЛИС, которые отличают их от всех прочих элементов цифровой электроники:
- многовыводность. Современные ПЛИС имеют до тысячи портов ввода/вывода, работающих параллельно.
- быстродействие. ПЛИС позволяет реализовать интерфейсы со скоростью передачи данных до 3 Гбит/с.
- высокая степень интеграции. На одном кристалле возможно разместить все цифровые компоненты, благодаря чему устройство становится компактным, а время его проектирования уменьшается в разы.
- универсальность. Так, в ПЛИС логика программируется в зависимости от поставленных задач, а не задается фиксировано на заводе- изготовителе.
- наличие мощных САПР, поставляемых основными производителями микросхем и облегчающих разработку и тестирование цифровых устройств.
- сравнительно низкая стоимость по сравнению с аналогичными устройствами, выполненными без применения ПЛИС.
- многие другие.
ПЛИС имеют ряд количественных характеристик, определяющих их производительность. Знание их позволяет использовать ресурсы кристалла по максимуму и оптимально подходить к разработке устройств. Одними из таких характеристик являются временные задержки, присутствующие во всех элементах цифровой электроники.
В документации, выпускаемой производителями, и прилагаемой к микросхеме, указываются максимальные задержки данных на различных выводах и в различных блоках. Но такими данными потребитель микросхем ПЛИС располагает не всегда. Иногда встает задача оценить эти задержки, провести тестирование ПЛИС вне завода-изготовителя. Вот эту задачу мы и рассмотрим более подробно.
В результате выполнения данного дипломного проекта был разработан и изготовлен стенд периодических испытаний и цифрового моделирования окружения ПЛИС. Был так же разработан пакет программ на языке Verilog, позволяющий проводить необходимые временные тесты. Стенд позволил измерить величины временных задержек сигналов, которые не были указаны в документации на новую российскую ПЛИС, используемую в процессе импортозамещения.
В настоящее время отладочный стенд используется для исследования производительности ПЛИС при разработке новых проектов. Он имеет возможности по модернизации своего функционала путем перепрограммирования ПЛИС, при этом не требуется вносить изменений в схемотехническую часть аппаратно-программного комплекса.
Планируется дальнейшее развитие аппаратно-программного устройства, усовершенствование и оптимизация проводимых измерений и фиксирования результатов. Принято решение в дальнейшем расширять спектр проводимых испытаний, путем корректировки алгоритма и программного обеспечения для ПЛИС. Стоит отметить, что в ходе дипломной работы были выполнены все требования, указанные в техническом задании.
Рассчитанные экономические показатели помогут в дальнейшем определить стоимостную оценку всех работ для создания конкурентоспособной продукции, а описанные в разделе безопасности жизнедеятельности правила пользования стендом оградить человека от опасных и вредных производственных факторов, возникающих в процессе эксплуатации.
