FIR _ DONE SIMULATION NIOS_RST
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- Arlette Beauchemin
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1 ELE4307 Proopage rapide de ssèmes numériques Soluion EXAMEN FINAL, hiver 2004 Durée : 2h30 Documens e calcularices auorisés 1. Eercice 1 ( 4 ps) La race «simulaion» relie la sorie d une pore NON-ET (spécificaions fournies en annee) à un FPGA. La ension d alimenaion es de 1,8V. Ce circui es réalisé sur un PCB (diélecrique FR4). Toues les races son sur la couche eerne. Pour répondre au quesions, base-vous sur les caracérisiques de la pore NON-ET e considére que le FPGA possède les mêmes caracérisiques. Pour facilier les calculs, remplacer T r par T pd minimal. L FIR_DONE SIMULATION d d FPGA NIOS_RST L 1.1 Quelle es la longueur maimale que peu avoir la race «simulaion» afin de ne pas enir compe de la réfleion du signal? (1 p) Tr Tpd min = 0, 4ns Tr 0, 4ns Lrace = = 0, 48 pouces 6D 6i140 ps/ pouce 1.2 Quel devrai êre le crossalk maimum occasionné par le signal FIR_DONE (NIOS_RST peu égalemen injecer du brui)? (1 p) H L ( ) ( ) Marge de brui = V V = (1,8 0,1) 0,65 1,8 = 0,53V OH IH Marge de brui = V V = 0,35 1,8 (0, 2) = 0, 43V Crossalk FIR _ DONE IL OL 0, 43V = 0,215V Vous désire erminer la ligne «simulaion» avec une erminaison en polarisaion DC. En sachan que Z o = 59 Ω, dessine la opologie de cee erminaison e indique la(les) caracérisique(s) du(des) composan(s) uilisé(s). (1 p) ELE4307 Soluion eamen final 1/8 A. Khouas
2 R1 FPGA R2 Il fau que R1// R 2 = 59Ω R2 Donc, 1,8V = VDC R1+ R2 Alors, 1,8 V VDC VDC IOL 8mA e IOH 8mA R1 R2 donc, R1 = R2 = 118Ωes une soluion possible 2 1, 8 1 De plus, P = = 0,027 W < W (caracérisiques des résisances) Quel sera l ajou du crossalk occasionné par une coupe dans le plan de masse sous la race «simulaion»? La longueur de la découpe es D = 1 pouce e la largeur de la race «simulaion» es W = 0,02 pouce. (1 p) D 1 L 5Dln = 5() 1 ln = 19,56n W 0,02 H L 19,56nH T10 90 L/R = 2, 2 = 2, 2 = 0,36ns 2Z 2 59Ω 0 ( ) 1 1 ( T ) ( T10 90 L/R ) ( T10 90 signal ) ( ) L/R 0,36 7, 72 Ajou de crossalk= = = = 55,3% ,72 + 6,25 ( 0,36) ( 0, 4) Eercice 2 ( 4 ps) 2.1 Quesion Vrai ou Fau. Vous deve fournir la jusificaion. Le placemen des composans es la première éape imporane dans la concepion d un PCB. (0,5 p) Fau, dessiner les dimensions phsiques du PCB es la première éape. 2.2 Quesion Vrai ou Fau. Vous deve fournir la jusificaion. Le crossalk enre deu races en cuivre (eerne sur FR4) dépend uniquemen de la longueur des races, de la largeur des races, de la disance enre eu e de leur haueur par rappor au plan de masse (ou plan d alimenaion). (0,5 p) Fau, le emps de moner Tr es égalemen un paramère imporan. ELE4307 Soluion eamen final 2/8 A. Khouas
3 2.3 Quelle es l uilié du paramère de résonance e du coefficien de propagaion? (0,5 p) Ces paramères permeen de prévoir la disorsion du signal causée par la réfleion. 2.4 Qu on en commun l effe de peau e l effe de proimié? (0,5 p) Ils modifien la disribuion du couran ce qui fai augmener la résisivié de la ligne de ransmission (ou fil). 2.5 Quelle es la longueur maimale (en pouce) d une ligne de ransmission (Low-loss) pour qu un signal soi aénué de 1dB? Considére que Z o = 59Ω (sans pere) e R=0,05 Z o par pouce? (0,5 p) R Aénuaion par pouce = 4,34 db = 0, 217 db / pouce L C pour 1dB 4,6 pouces 2.6 Plusieurs IP-Cores vous son offer e vous deve en choisir 1 seul. Ces IP-Cores effecuen la même âche, on des performances similaires e se venden au même pri. Idenifie e jusifie 2 caracérisiques qui vous guideron dans vore sélecion. (0,5 p) La documenaion : facile à uiliser Les enrées/sories : facile à inégrer 3. Eercice 3 (4 ps) Soi les deu foncion suivanes : F =. + + e G = Donner le ROBDD de la foncion F en uilisan l ordre suivan des variables : (,,, ). (0,5 p) F 0 1 ELE4307 Soluion eamen final 3/8 A. Khouas
4 3.2 Es-il possible d obenir un ROBDD plus pei en uilisan un aure ordre des variables? Si oui, lequel? Si non, a--il un aure ordre de variables qui donne un ROBDD de aille différene? (0,5 p) Non. Oui, par eemple l ordre (,,,). 3.3 Donner le ROBDD paragé des foncions F e G en uilisan l ordre suivan des variables : (,,, ). (0,5 p) F G En uilisan les opéraions sur les BDD e en epliquan oues les éapes, consruire le ROBDD de la foncion H = (F<=>G). (1,5 p) ELE4307 Soluion eamen final 4/8 A. Khouas
5 F G H =(F<=>G) N5 N6 N3 N4 Éape 1 N3<=>N2 N4<=>N1 =N4 N2 N2<=>N2 =N1 N1<=>N2 =N2 N0 0 N1 1 H =(F<=>G) Éape En uilisan la décomposiion de Shannon, donner la forme normale conjoncive de la foncion F. (1 p) F = (+F(=0)).( +F(=1)) F(=0) = + = (+ F(=0,=0)).( +F(=0,=1)) = (++).( ++) F(=1) = + + Donc F=(+++).(+ ++).( +++) ELE4307 Soluion eamen final 5/8 A. Khouas
6 4. Eercice 4 (4 ps) Soi le circui de la figure ci-dessous. d c b a f e g h 4.1 En jusifian vore réponse, donner le nombre de faues de collage simple du circui. (0,5 p) 9 signau ==> donc 18 faues de collage. 4.2 Dans quels cas e commen uilise--on la noaion D? (0,5 p) La noaion D perme de simuler au même emps le circui fauif e le circui correc. On uilise la noaion D dans la généraion auomaique de veceurs de es (ATPG). 4.3 Donner la able de vérié en noaion D de la pore XOR à deu enrées. (1p) F=A or B 0 1 D D D D D D D D D 0 1 D D D En uilisan l algorihme D, rouver un veceur qui déecen la faue h@1 du circui ci-dessus. (1p) Comme la faue qu on veu déecer es h@1, il fau donc mere h=0. Seup : e=0 e g=0 ==> h=d ; Propagaion : d=0 ou d=1 ==> =D ou =D (fin de la propagaion) ; Jusificaion : pour e=0, il fau : a=0 ==> pas d implicaion ou b=0 ==> f=1 ; pour g=0, il fau : f=0 (confli si on a choisi b=0) ==> pas d implicaion ou c=0 ==> pas d implicaion ; ELE4307 Soluion eamen final 6/8 A. Khouas
7 pour f=0, il fau b=1 ==> pas d implicaion (fin de jusificaion) ; Les veceurs qui déecen la faue h@1 son : abcd=00 ou 01 ou En uilisan la simulaion de faues déducive, rouver oues les faues déecées par le veceur abcd=1011 pour le circui ci-dessus. (1p) Pour abcd=1011 on a efgh=01110 La={a@0} Lb={b@1} Lc={c@0} Ld={d@0} Le={e@1} U Lb = {e@1, b@1} Lf={f@0} U Lb = {f@0, b@1} Lg={g@0} U Lf U Lc = {g@0, f@0, b@1, c@0} Lh={h@0} U (Lg Le) = {h@0, g@0, f@0, c@0} L={@1} U Lh U Ld = {@1, h@0, g@0, f@0, c@0, d@0} Les faues déecées par le veceur abcd=1011 son h@0, g@0, f@0, c@0 e d@0. 5. Eercice 5 ( 5 ps) Répondre au quesions suivanes en jusifian vos réponses : 5.1 Quelle es la différence enre un défau phsique e une faue? (0,5 p) Un défau phsique représene une défecuosié réelle dans le circui (eemple : une poussière qui crée un cour-circui enre deu conneions). Une faue es la modélisaion ou la représenaion informaique d un défau phsique (eemple : faue de collage à 1 d un signal). 5.2 C es quoi la laence d un circui? Es-ce que la façon d écrire le code VHDL peu influencer la laence d un circui snhéisé?(0,5 p) La laence d un circui es le nombre de ccle d horloge nécessaire pour réaliser la foncion du circui. Oui, l uilisaion des variables e des signau ou l ordre d uilisaion des variables peu influencer la laence du circui snhéisé. 5.3 C es quoi le fanou e pourquoi es-il imporan pour la snhèse d un circui? (0,5 p) Le fanou es le nombre de pores aaqués par un signal. Ce paramère es rès imporan en snhèse car il influence les délais enre les pores e donc la viesse de foncionnemen du circui. 5.4 Pour la snhèse logique, quelle es la différence enre l uilisaion de l insrucion CASE e de l insrucion IF? Jusifier vore réponse? (0,5 p) Un CASE crée un mulipleeur équilibré alors qu un IF peu créer un mulipleeur non équilibré e donc les délais des enrées vers la sorie du mulipleeur peuven varier d une enrée à une aure. 5.5 Quelle es la différence enre le niveau comporemenal e le niveau RTL? (1 p) Le niveau comporemenal décri le circui au niveau algorihmique e ne défini pas les opéraions au niveau ccle d horloge ni les regisres nécessaires. Une opéraion au niveau comporemenal peu êre réalisée en plusieurs ccles d horloges e nécessier plusieurs regisres. ELE4307 Soluion eamen final 7/8 A. Khouas
8 Le niveau RTL décri le circui au niveau ccle d horloge e défini ous les regisres du circui. 5.6 Pour le codage d une machine à éas finis, quelle es la différence enre le codage One-Ho e le codage Minimal-Bi. En général, quelle es le meilleur codage dans le cas des FPGA? pourquoi? (0,75 p) One-Ho : on a n regisres pour n éas. Minimal-Bi : on a log2(n) regisres pour n éas. En général, pour les FPGA il es conseillé d uiliser le codage One-Ho, car il a beaucoup de regisres non uilisés dans les FPGA. 5.7 Les méhodes de concepion en vue du es se basen sur la modificaion du circui iniial don le bu d améliorer la esabilié du circui. En général, Quels son les inconvéniens de ces méhodes? (0,5 p) Ajou de la surface addiionnelle e donc augmenaion des coû de fabricaion. Dégradaion des délais due à l ajou de maériel. Ajou de plos d enrée/sorie. 5.8 Pourquoi es-il imporan de eser les circuis inégrés dans chacune des éapes de fabricaion e d uilisaion du circui (sur wafer, après encapsulaion, sur la care e sur le ssème? (0,75 p) Il es rès imporan de déecer les défaus rès ô à cause de la règle des 10 (le coû de revien d un circui défecueu es muliplié par 10 après chaque éape). Chaque éape peu rendre le circui défecueu. Chaque éape engendre des coûs supplémenaires, il es donc imporan de vérifier le foncionnemen du circui avan de passer à l éape suivane. Bon eamen! ELE4307 Soluion eamen final 8/8 A. Khouas
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