Architecture FPGA Outils avancés pour tous niveaux

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1 Colloque GEII 2007 Architecture FPGA Outils avancés pour tous niveaux Vincent Frick IUT de Haguenau ULP Strasbourg

2 Plan Mise en œuvre de FPGA : approche de base Électronique numérique en DUT Exemples de Travaux Pratiques Utilisation des outils avancés VHDL Matlab et Simulink, utilisation des bibliothèques avancées, prototypage VHDL-AMS, prototypage 2

3 Mise en œuvre des FPGA : Approche de base Électronique numérique en 1 ère année ( séances Travaux sur platines (3 Familiarisation avec les composants physiques Prise de conscience des grandeurs physiques Prise en main d'un logiciel de CAO (Quartus ) (dès ( séance la 4ème Synthèse systématique sur cible FPGA : concret Accès plus rapide à des fonctions plus complexes Double approche CAO Hardware : confusion 3

4 Mise en œuvre des FPGA : Approche de base Exemple : Commande de moteur pas-à-pas Logique de contrôle Réalisation câblée (séance 3) Compteur, EEPROM, décodeur, etc... Implantation sur cible FPGA (Cyclone 1C20) Simulation préalable systématique (analyse) 4

5 Mise en œuvre des FPGA : Approche de base Électronique numérique en 2 ème année Module : «Mise en œuvre de FPGA» Initiation au langage de description matériel VHDL Conception et simulation avec les outils de CAO Sythèse et implantation systématique sur cible FPGA Découverte d'un langage proche du C Indépendance du support et des outils, «reuse» Nécessité de rigueur par rapport à un langage de programmation logicielle 5

6 Mise en œuvre des FPGA : Approche de base Exemple : Commande de moteur pas-à-pas Logique de contrôle Extension du sujet 1ère année Ajout de fonctionnalités dynamiques (affichage vitesse, comptet-tours, etc.) Paramétrage du modèle (vitesse sens de rotation) 6

7 Utilisation des outils avancés Travaux pratiques filtrage numérique 2 ème année Interaction avec Matlab et Simulink Conception du filtre et exportation des coefficients Outils de synthèse de filtres Importation des caractéristiques du filtre Matlab Utilisation de la bibliothèque IP Prototypage sur cible FPGA Utilisation d'une carte fille (Andilab) + NIOS 7

8 Utilisation des outils avancés Prototypage de filtres numériques Réalisation concrète Matlab Synthèse Quartus (filtre et interfaces) Implantation sur carte FPGA équipé d une carte fille A/N N/A (Andilab) 8

9 Utilisation des outils avancés Démarche de conception globale Projets post DUT Principe du : «Juste par conception» Software design IC & ASIC design Electrical design Reliability design Interface d utilisation commune Librairies communes Technologies paramétrables Données échangeables Mechanical design PCB design Technical documentation 9

10 Utilisation des outils avancés Exemple : projets de 5 ème année INSA de Strasbourg «Wattmètre intégré» Conception en HDL : VHDL-AMS Tension Courant Côté «Puissance» Réseau électrique Capteurs I/U Wattmètre Intégré RAM externe DSP Blocs optionnels µc/µp Affichage & Bus Sorties réseaux numérique 10

11 Utilisation des outils avancés «Wattmètre intégré» : Microsystème mixte CAN VREFH1 VREFH2 VREFH3 Mixte Analogique Numérique Wattmètre Voltage Input Voltage Regulator VDDA GNDA Numérique Séquenceur Current Input Σ ADC x2 OFFSET & GAIN ADJUSTMENT (OPTIONAL) WATT-METERS PRE- PROCESSOR VDD GND Numérique XTAL HOST INTERFACE XOUT XIN CKO IRQN SDI SCK SDO CSN 11

12 Utilisation des outils avancés «Wattmètre intégré» : VHDL-AMS Conception hiérarchisée Modulateur : VHDL-AMS Modélisation et/ou CAO µ-élec Bloc numériques : VHDL synthétisable Prototypage avec interfaçage sur SD discret 12