Ю.А. Пирогова, С.А. Гвозденко, Д.В. Шардаков, О.Ю. Макаров, А.А. Пирогов

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет» (г. Воронеж, Россия)

Постановка проблемы. Переключательные функции лежат в основе логики работы цифровых устройств и широко используются для синтеза цифровых схем, поскольку позволяют непосредственно получить архитектуру в требуемом или доступном для реализации виде. Они могут быть представлены в двух формах: 1) совершенной дизьюнктивной нормальной форме (СДНФ); 2) совершенной коньюнктивной нормальной форме (СКНФ). Целесообразно после синтеза переключательной функции провести ее минимизацию таким образом, чтобы она содержала минимум переменных и логических операций, что позволит сократить число вентилей цифрового автомата. От применяемых методов минимизации зависит эффективность работы цифрового узла. Следовательно, отладка и верификация моделей на основе переключательных функций является одной из важнейших задач начального этапа проектирования. В работе исследуется повышение эффективности процесса проектирования цифровых устройств путем сокращения временных затрат вследствие применения систем автоматизированного проектирования и функциональной верификации на начальных этапах проектирования.

Цель. Рассмотреть методику моделирования RTL (от англ. register transfer level, RTL − уровень регистровых передач) схем цифровых устройств, синтеза RTL-схем в виде стандартных элементов программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) и их верификации в среде Xilinx ISE и разработать оптимальный способ поведенческого тестирования в режиме симуляции среды iSim.

Результаты. Рассмотрена методика проектирования цифровых автоматов с использованием инструментов их описания на языке VHDL, который отличается от методов построения с использованием схемотехнического редактора более коротким временем построения RTL-модели. Проведено исследование произвольной переключательной функции трех переменных, заданной таблицей истинности. Построена логическая функция с использованием карты Карно с последующим синтезом RTLсхемы на основе описания на языке VHDL. Показано, что результаты моделирования полностью соответствуют исходному описанию функции, а разработанный тест-бенч позволяет формировать временные диаграммы работы цифрового узла с возможностью программной корректировки входных сигналов модели.

Практическая значимость. Результаты работы могут быть использованы в качестве готовых тестовых блоков для проектирования и верификации более сложных цифровых устройств на ПЛИС. Представленные модели имеют открытую архитектуру, что позволяет адаптировать их в системе под требуемую задачу.

Пирогова Ю.А., Гвозденко С.А., Шардаков Д.В., Макаров О.Ю., Пирогов А.А. Методика моделирования и верификации переключательных функций в задачах проектирования цифровых узлов // Радиотехника. 2021. Т. 85. № 6. С. 40−46.  DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202106-07

Список источников

1. Клочков Г.Л. Цифровые устройства и микропроцессоры: Учебник. Воронеж: ВИРЭ. 2005. 320 с.
2. Строгонов А.В. Проектирование цифровых устройств в базисе ПЛИС: Учеб. пособие. Воронеж: ВГТУ. 2017. 124 с.
3. Костюков А.С., Башкиров А.В., Никитин Л.Н., Пирогов А.А., Астахов Н.В. Преимущества и недостатки LDPC кодов на примере алгоритма инвертирования бита и распространения доверия // Труды Междунар. симпозиума «Надежность и качество». 2019. Т. 2. С. 120−124.
4. Чепелев М.Ю., Пирогов А.А., Башкиров А.В., Бурмистров И.А. Методика получения поведенческой модели для оценки отклонения значащих моментов цифрового сигнала от идеальных положений во времени // Вестник Воронежского института ФСИН России. 2019. № 2. С. 14−25.
5. Башкиров А.В., Свиридова И.В., Андреева Д.С. Эффективная архитектура на основе плис для полностью параллельного стохастического LDPC-декодера // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2018. Т. 14. № 3. С. 101−107.
6. Самодуров А.С., Меркулова Н.В., Кострова В.Н. Влияние абсолютных погрешностей пеленгования на частоту сигнала при размещении четырехэлементной антенной решетки на беспилотном носителе // Радиотехника. 2018. № 7. С. 16−19.
7. Самодуров А.С., Антипов С.А. Моделирование пеленгационных характеристик трехэлементной кольцевой антенной решетки с учетом влияния носителя. Радиотехника. 2017. № 6. С. 145−148.