Тема: Анализ выполнения математических операций на ПЛИС

Алгоритм — набор инструкций, описывающих последовательность действий пользователя для достижения некоторого результата. В настоящее время почти не осталось задач, при решении которых не использовались бы различные электронные вычислительные машины. В частности, широкое применение получили программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС), позволяющие проектировать различные устройства без применения сверхсложных технологий и в наибольших объемах. Одним из основных и существенных преимуществ, программируемых логических интегральных схем, является реконфигурируемость(способность к изменению конфигурации системы), что позволяет использовать их для реализации различных задач. Экономя при этом ресурсы, а также эффективнее реализовывать различные алгоритмы.
Развитие САПР и элементной базы открывают новые возможности в плане разработки устройств на ПЛИС. Рост сложности устройств реализуемых на ПЛИС ставит вопрос эффективности методов разработки того или иного устройства. Различные алгоритмы могут быть реализованы различными методами, с различной эффективностью и временем разработки. Объектом исследования является анализ математических алгоритмов на ПЛИС и выбор наиболее подходящих для реализации, по аппаратным затратам и времени решения поставленных задач.
ПЛИС - Программируемая логическая интегральная
схема(ПЛИС, англ.programmable logic device, PLD) электронный компонент, используемый для создания цифровых интегральных схем. В отличие от обычных цифровых микросхем, логика работы ПЛИС не определяется при изготовлении, а задаётся посредством программирования (проектирования). Для программирования используются программатор и IDE (отладочная среда), позволяющие задать желаемую структуру цифрового устройства в
виде принципиальной электрической схемы или программы на специальных языках описания аппаратуры: Verilog, VHDL, AHDL и др. Целью данной работы является анализ выполнения математических операций на программируемых логических интегральных схемах: умножение, деление, логарифмирование. Для анализа математических операций я использовал такие программы как «MATLABSimulink» и «QuartusII». Использование этих программ очень удобно и целесообразно для данной работы, так как «MATLABSimulink» - интерактивный инструмент для моделирования, имитации и анализа динамических систем. Он дает возможность строить графические блок-диаграммы, имитировать динамические системы, исследовать работоспособность систем и совершенствовать проекты, а так же может из реализованных моделей генерировать коды на языке VHDL.Simulink полностью интегрирован с MATLAB, обеспечивая немедленным доступом к широкому спектру инструментов анализа и проектирования. Эти преимущества выделяют Simulink,как наиболее популярный инструмент для проектирования систем управления и коммуникации, цифровой обработки и других приложений моделирования. Для реализации математических операций на ПЛИС их необходимо описать на языке VHDL(англ. VHSIC
(Veryhighspeedintegratedcircuits) Hardware Description Language) —
язык описания аппарат урыинтегральных схем. Язык проектирования VHDL является базовым языком при разработке аппаратуры современных вычислительных систем. Описание производится в программе«QuartusII».Эта программа САПР позволяет проектировать логику работы микросхем, схемотехнически и на языках программирования AHDL, VHDL, Verilog и других. Среда программирования AlteraQuartusII, так же позволяет производить симуляцию проектов, программировать микросхемы и многое другое. Формат представления чисел - с фиксированной точкой (формат представления вещественного числа в памяти ЭВМ в виде целого числа), знаковый(для представления со знаком самый старший (левый) бит отводится под знак числа, остальные разряды под само число. Если число положительное, то в знаковый разряд помещается 0, если отрицательное - 1.

Купить

В результате проведенной работы определены наиболее подходящие методы, для реализации алгоритмов математических операций на ПЛИС. Рассмотрели принципы работы каждого метода реализации алгоритмов, и подробно изучили работу выбранных методов реализации алгоритмов математических операций. Выявили недостатки и достоинства каждого метода реализации алгоритмов. А так же при помощи программы произвели моделирование выбранных методов реализации алгоритмов. По построенным моделям разработали код на языке VHDL для математических операций: умножения, деления, вычисления логарифма, который необходим для программирования логических интегральных схем. Так как данный язык наиболее подходит для программирования на ПЛИС. Для примера работ схем, в ЗхшпЕпк выполнили вычисления чисел на реализованных алгоритмах.
Определены достоинства и недостатки эффективности, использования каждого метода реализации математических алгоритмов. Разработан код на языке VHDL, для каждого реализованного в 81шп1шкалгоритма.Таким образом, цель работы достигнута, задачи - решены.

Купить