Системное проектирование цифровых устройств

Бакалавриат 2023/2024

Статус: Курс обязательный (Информатика и вычислительная техника)

Направление: 09.03.01. Информатика и вычислительная техника

Кто читает: Департамент компьютерной инженерии

Где читается: Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова

Когда читается: 4-й курс, 1-3 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Охват аудитории: для своего кампуса

Преподаватели: Американов Александр Александрович, Зунин Владимир Викторович, Романов Александр Юрьевич

Язык: русский

Кредиты: 8

Контактные часы: 86

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Курс «Системное проектирование цифровых устройств» является курсом по выбору и рассчитан на студентов четвертого года обучения в бакалавриате. В курсе рассматриваются основные вопросы, связанные с получением студентами углубленных теоретических знаний по этапам проектирования, прототипирования, верификации, программирования и производства цифровых устройств и использует в основном материалы предшествующих дисциплин «Проектирование систем на кристалле», «Теория автоматов», «Сети и телекоммуникации», «Инструментальные средства и технологии программирования», «Информатика», НИС «Python в науке о данных». Курс расширяет знания, которые студенты получают в рамках дисциплин, связанных с проектированием программного обеспечения, а также программированием микропроцессоров/микроконтроллеров/одноплатных компьютеров; является одним из базовых для работы над ВКР и прохождения преддипломной практики на предприятиях с конструкторским уклоном. В курсе рассматривается теория проектирования заказных микросхем и проектирования цифровых устройств на основе ПЛИС. Современный системный подход к построению цифровых устройств рассматривающий их как единый аппаратно-программный комплекс обеспечивает высокое качество проектных решений, а специалисты по проектированию цифровых устройств востребованы во всех сферах проектирования электронных систем. В рамках курса студенты обучаются методам формализации процессов проектирования систем, верификации проектируемых систем, на высоком уровне осваивают использование конструкторских САПР и их взаимодействия (в том числе и методы искусственного интеллекта применяемых в САПР). Вырабатываются подходы к улучшению качества процесса проектирования на основе использования методов и средств нахождения оптимальных проектных решений. Основу курса составляют установочные лекции, главным содержанием которых является освоение научно-теоретических основ, а также практические занятия для развития навыков владения методами проектирования цифровых систем.

Цель освоения дисциплины

Приобретение теоретических и практических навыков по разработке, проектированию и программированию цифровых систем (портативных системы, систем управления и контроля, видео-/аудио-систем, систем искусственного интеллекта и пр.).
Обучение цифровому синтезу с использованием таких САПР, как Quartus Prime и ModelSim (в том числе и применения средств искусственного интеллекта для цифрового синтеза схем).
Изучение языка программирования (проектирования цифровых систем) Verilog/SystemVerilog.

Планируемые результаты обучения

Знать подходы к описанию цифровых систем;
Осуществлять проектирование под HPS.
Знать основные методы математического анализа и моделирования и синтеза цифровых систем;
Знать теоретические основы и аппаратное устройство ПЛИС и основы проектирования систем на кристалле.
Знать устройство типовых процессорных ядер;
Иметь навыки проектирования в специализированном программном обеспечении Altera Quartus II;
Иметь навыки работы в среде моделирования ModelSim и проектирования цифровых систем на языке HDL Verilog.
Иметь навыки синтеза процессорного ядра Nios II в среде системной интеграции Qsys и его программирования в среде Qsys IDE;
Иметь навыки синтеза процессорных ядер MIPS;
Уметь вести разработку аппаратной и программной частей системы на кристалле.
Уметь описать модули цифровой системы в виде цифровых автоматов;
Уметь представить цифровую систему в виде иерархической системы отдельных модулей;
Уметь проектировать системы на кристалле;

Содержание учебной дисциплины

Cофт-процессорные IP ядра для реализации средств искусственного интеллекта. MIPS и RISC-V архитектура.
Процессорное ядро AlteraNIOSII
Системы на кристалле
Средства проектирования систем на кристалле
Применение Altera HPS для разработки встраиваемых систем искусственного интеллекта

Элементы контроля

Экзамен 1
Экзамен 2
Домашнее задание
Описание заданий в методических рекомендациях к дисциплине.
Практическая работа 1
Практическая работа 2

Промежуточная аттестация

2023/2024 учебный год 1 модуль
0.8 * Практическая работа 1 + 0.2 * Экзамен 1
2023/2024 учебный год 3 модуль
0.16 * Домашнее задание + 0.64 * Практическая работа 2 + 0.2 * Экзамен 2

Программа дисциплины