PLAN DE COURS Automne 2013

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1 PLAN DE COURS Automne GIF Conception de systèmes VLSI Informations générales Crédits : 3 Temps consacré : Mode d'enseignement : Présentiel Site Web : Intranet Pixel : Enseignant(s) : Roy, Yves yves.roy.4@ulaval.ca Responsable : à déterminer Date d'abandon sans échec avec 17 Septembre à 23h59 remboursement : Date d'abandon sans échec sans 12 Novembre à 23h59 remboursement : Description sommaire Ce cours porte sur la conception de systèmes numériques sur une puce reconfigurable de type FPGA (Field Programmable Gate Array). La matière couvre le flot de conception de systèmes numériques qui se base sur un langage de description de matériel évolué (VHDL); le langage VDHL en modélisation structurale et comportementale; les techniques de simulation; la synthèse logique; les opérateurs et les représentations arithmétiques sur un circuit numérique; les coeurs d'ip et la méthodologie des systèmes sur puce (System-On-Chip ou SOC). Objectifs À la fin de ce cours, l'étudiant devra être en mesure de : connaître l'architecture des divers types de composants logiques programmables (PALs, EPLDs, FPGAs et CPLDs), en particulier l'architecture de certaines familles représentatives de FPGAs, et être en mesure d'effectuer un choix éclairé quant à la composante adéquate pour une application donnée; maîtriser le langage de description de matériel VHDL, en tant qu'outil de description, de simulation et de synthèse; maîtriser le flot de conception de circuits numériques sur puces FPGA, depuis le design de référence jusqu'à la validation par le biais de bancs d'essai; 1/6

2 maîtriser les techniques de conception de base en logique combinatoire et séquentielle et être capable de déterminer, pour un problème donné, le compromis approprié entre une implantation série et une implantation parallèle; comprendre les diverses représentations arithmétiques de base de même que les techniques de conception d'opérateurs arithmétiques; comprendre l'intégration de blocs fonctionnels en un système de haut niveau dans le cadre de la méthodologie système sur puce (``System-on-a-Chip''); maîtriser les outils de simulation et synthèse logique ainsi que les outils de placement et routage automatique associés à la plateforme FPGA privilégiée au laboratoire. Contenu Introduction (3h) : Plan de cours, critères d'évaluation, historique du VLSI, cube de performance, fossé du design, matériel vs logiciel, exemples de fonctions logiques. Circuits logiques (3h) : Types de circuits, modules logiques (fonctions, processus), logique combinatoire, machines à états, avant-goût du VHDL (entité, architecture, processus). Technologies logiques (6h) : Arbre de la logique, dispositifs logiques programmables (PALs, EPLDs, FPGAs, CPLDs), types de reprogrammabilité, architectures de FPGAs choisies (e.g. Xilinx, Altera, Actel, Atmel). Introduction au VHDL (6h) : Flot de design VHDL, survol, éléments lexicologiques, types de données, logique standard, standard numérique, commandes parallèles. Synthèse de circuits numériques (2h) : Utilisation du VHDL en synthèse de circuits, contraintes et divergences avec le VHDL standard, logiciels de synthèse. Opérateurs arithmétiques (3h) : Représentations arithmétiques alternatives (e.g. arithmétique redondante), multiplieurs série et parallèle, multiplieurs en tableaux, multiplieurs de Booth modifié. Designs paramétrisables et bancs d'essai (3h) : Clauses generic, configurations, bancs d'essai par vecteurs de test et par régression. Simulation comportementale (2h) : Utilisation du VHDL en simulation de circuits, contraintes et divergences avec le VHDL standard, simulateurs. Modularité et gestion de projets complexes en VHDL (3h) : Structures block, paquets, sous-programmes, bibliothèques. Pipelinage, structures en arbre et en cascade (2h) : FPGAs en traitement de signal, pipelinage, structures récursives en VHDL. VHDL avancé (3h) : Variables partagées, alias, résolution des signaux, ports, bus, styles de modélisation, signaux gardés. 2/6

3 Intégration de systèmes (3h) : Interconnexion de blocs fonctionnels, bus partagé, méthodologie système-sur-puce, réseautique-sur-puce, bus Wishbone, réseaux reconfigurables analogiques, hybrides Déroulement du cours L'enseignement est de type magistral à raison de 3 heures par semaine et comporte une séance de laboratoire hebdomadaire en horaire libre. Certaines périodes du cours se dérouleront en laboratoire plutôt qu'en classe selon les besoins de la formation. Les calculatrices approuvées par la faculté sont permises aux examens, mais généralement inutiles. Les notes de cours et autres documents pertinents sont permis aux examens. Détails sur les modalités d'évaluation La pondération se détaille comme suit: un examen partiel valant 35%; un examen final valant 35%; 5 laboratoires valant 6% chacun. L'étudiant qui n'obtient pas la note de passage pour l'ensemble des examens individuels obtient un échec. La note de passage est fixée à 50%. Les dates de remise des travaux pratiques sont des vendredis. Un travail remis en retard vaudra au plus 4 points sur 6 si le retard est inférieur à 24 heures et il vaudra au plus 2 points sur 6 si le retard se situe entre 24 et 48 heures. Le travail remis en retard ne sera pas corrigé s'il est remis le lundi suivant la date applicable ou plus tard. Les révisions de notes seront faites conformément à la procédure officielle du réglement des études et aux règles de la faculté seulement. La cote ne sera disponible que lors de l'émission du relevé de notes. Les sanctions les plus sévères seront appliquées aux étudiants qui se rendent coupables de plagiat, tant aux examens que dans les travaux pratiques Échelle des cotes (cycle 1) Échelle des cotes A+ [ ] A [ ] A- [ ] Réussite B+ [ ] B [ ] B- [ ] Réussite C+ [ ] C [ ] C- [ ] Réussite D+ [ ] D [ ] Réussite E [ ] X Échec Abandon sans échec (dans les délais prévus) 3/6

4 Bibliographie Obligatoire :P. J. AHSENDEN, The Designer's Guide to VHDL, 3e éd., Morgan-Kaufmann Publishers, Supplémentaires : W. WOLF, FPGA-Based System Design. Prentice-Hall, J. BHASKER, A VHDL Primer, 3e ed.. Prentice-Hall PTR, D. PELLERIN et D. TAYLOR, VHDL Made Easy. Prentice-Hall, J. F. WAKERLY, Digital Design: Principles and Practices. Prentice-Hall, C. MAXFIELD, The Design Warrior's Guide to FPGAs, Elsevier, Modalités d'évaluation Examen Date Heure Pondération de la note finale Document(s) autorisé(s) Examen 1 Mercredi 23 octobre 11h30 à 13h % Manuel obligatoire + notes de cours Examen 2 Mercredi 18 décembre 11h30 à 13h % Manuel obligatoire + notes de cours Travail Équipes Date d'échéance Heure Travail 1 Vendredi 4 octobre Date d'activité Heure Pondération de la note finale Travail 2 Vendredi 18 octobre Travail 3 Vendredi 8 novembre Travail 4 Vendredi 22 novembre Travail 5 Vendredi 13 décembre 4/6

5 Horaire et disponibilités Cours en classe : Mercredi 11h30 à 13h20 PLT-2508 Vendredi 11h30 à 12h20 PLT-2512 Disponibilité de l'enseignant : Vendredi 13h00 à 14h00 PLT-3104 (du 13 sept. au 13 déc.) Politique sur l'utilisation d'appareils électroniques pendant une séance d'évaluation L'utilisation d'appareils électroniques (cellulaire ou autre appareil téléphonique sans fil, pagette, baladeur, agenda électronique, etc.) est interdite au cours d'une séance d'évaluation et de toute autre activité durant laquelle l'enseignant l'interdit. De plus, seuls certains modèles de calculatrices sont autorisés durant les séances d'évaluation. Les modèles suivants sont autorisés : Hewlett Packard HP 20S, HP 30S, HP 32S2, HP 33S, HP 35S Texas Instrument TI-30Xa, TI-30XIIB, TI-30XIIS, TI-36X, BA35 Sharp EL-531*, EL-535-W535, EL-546*, EL-510 R, EL-520* Casio FX-260, FX-300 MS, FX-350 MS, FX-300W Plus, FX-991MS, FX-991ES, FX-991W, FX-991ES Plus C * Calculatrices Sharp: sans considération pour les lettres qui suivent le numéro Dans tous ces cas, la calculatrice doit être validée par une vignette autocollante émise par la COOP étudiante ZONE. Information spécifique aux étudiants de l'école d'actuariat Les calculatrices autorisées lors des examens sont uniquement les modèles répondant aux normes de la Society of Actuaries et de la Casualty Actuarial Society pour leurs examens, soit les modèles Texas Instruments suivants : BA-35 (solaire ou à pile) BA II Plus BA II Plus Professional TI-30Xa TI-30X II (IIS ou IIB) TI-30X MultiView (XS ou XB) Politique sur le plagiat et la fraude académique Règles disciplinaires Tout étudiant qui commet une infraction au Règlement disciplinaire à l'intention des étudiants de l'université Laval dans le cadre du présent cours, notamment en matière de plagiat, est passible des sanctions qui sont prévues dans ce règlement. Il est très important pour tout étudiant de prendre connaissance des articles 28 à 32 du Règlement disciplinaire. Celui-ci peut être consulté à l'adresse suivante: 5/6

6 Plagiat Tout étudiant est tenu de respecter les règles relatives au plagiat. Constitue notamment du plagiat le fait de: 1. copier textuellement un ou plusieurs passages provenant d'un ouvrage sous format papier ou électronique sans mettre ces passages entre guillemets et sans en mentionner la source; 2. résumer l'idée originale d'un auteur en l'exprimant dans ses propres mots (paraphraser) sans en mentionner la source; 3. traduire partiellement ou totalement un texte sans en mentionner la provenance; 4. remettre un travail copié d'un autre étudiant (avec ou sans l'accord de cet autre étudiant); 5. remettre un travail téléchargé d'un site d'achat ou d'échange de travaux scolaires. L'Université Laval étant abonnée à un service de détection de plagiat, il est possible que l'enseignant soumette vos travaux pour analyse. Étudiants ayant un handicap, un trouble dapprentissage ou un trouble mental Les étudiants qui ont une lettre d'attestation d'accommodations scolaires obtenue auprès d'un conseiller du secteur Accueil et soutien aux étudiants en situation de handicap (ACSESH) doivent rencontrer leur professeur au début de la session afin que des mesures d'accommodation en classe ou lors des évaluations puissent être mises en place. Ceux qui ont une déficience fonctionnelle ou un handicap, mais qui n'ont pas cette lettre doivent contacter le secteur ACSESH au , le plus tôt possible. Le secteur ACSESH vous recommande fortement de vous prévaloir des services auxquels vous avez droit afin de pouvoir réussir vos études, sans discrimination ni privilège. Pour plus d'information, voir la Procédure de mise en application des mesures d'accommodations scolaires à l'adresse suivante : 6/6