High-Level Modelling and Simulation of Digital Systems

2020/2021

Academic Year

RUS

Instruction in Russian

8

ECTS credits

Delivered at:

School of Computer Engineering

Course type:

Elective course

When:

4 year, 1-3 module

Instructors

Amerikanov, Aleksandr

Lezhnev, Evgeny

Romanov, Aleksandr

Программа дисциплины

Аннотация

Курс «Высокоуровневое и имитационное моделирование цифровых систем» позволит студентам приобрести теоретические и практические навыки по разработке, проектированию, моделированию, верификации и программированию цифровых систем (портативные системы, системы управления и контроля, видео-/аудио-системы и т.д.), а также обеспечит освоение новых САПР (таких, как: Intel FPGA Quartus Prime, ModelSim/QuestaSim, DSP Builder/HDL Coder в связке с САПР MatLab) и языка программирования (проектирования цифровых систем) SystemVerilog с интерфейсом DPI. 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 производственной практики на предприятиях с конструкторским уклоном.

Цель освоения дисциплины

• Приобретение теоретических и практических навыков по разработке, проектированию и программированию цифровых систем (портативных систем, систем управления и контроля, видео-/аудио-систем и пр.). При этом акцент в данной дисциплине сделан на программную составляющую цифровых встраиваемых систем и разработку программного обеспечения для них.
• Изучение особенностей языка программирования и верификации цифровых систем SystemVerilog и интерфейса DPI.
• Изучение применения Искусственного интеллекта во встраиваемых системах. Освоение методов реализации ИНС во встраиваемых системах.
• Изучение использования современных библиотек OpenCV, OpenCL для проектирования встраиваемых систем. Методы моделирования цифровых систем с использованием данных библиотек.
• Изучение использования различных аппаратных платформ (одноплатных компьютеров, ПЛИС и др.) и особенностей разработки ПО под них. Обучение методам моделирования, отладки и верификации программно-аппаратных систем на разных уровнях абстракции.
• Изучение особенностей проектирования многопроцессорных систем и разработки ПО для них. Изучение сетей на кристалле и методов их высокоуровневого и HDL моделирования.
• Изучение методов синтеза аппаратных описаний (HDL) цифровых систем из высокоуровневого описания.

Планируемые результаты обучения

• Знать подходы к описанию и верификации цифровых систем
• Знать принципы проектирования многоядерных систем;
• Знать методы программирования автоматизированных систем;
• Знать особенности применения библиотек OpenCV, OpenCL для проектирования автоматизированных систем.
• Уметь o вести разработку программной части автоматизированной системы с применением современных методов Искусственного интеллекта, библиотек обработки медиа-данных и проектирования гетерогенных многоядерных вычислительных систем.
• Иметь навыки (приобрести опыт): синтеза процессорных ядер MIPS, Nios II, ARM (HPS) и их программирования;
• Иметь навыки (приобрести опыт): работы в ОС реального времени для встраиваемых систем;
• Иметь навыки (приобрести опыт): проектирования в специализированном программном обеспечении Intel Quartus Prime;
• Иметь навыки (приобрести опыт): работы в среде моделирования ModelSim и проектирования/верификации цифровых систем на языке SystemVerilog совместно с высокоуровневыми языками с использованием интерфейса DPI.
• Иметь навыки (приобрести опыт): разработки под чипы Intel FPGA и платформу OpenVINO, а также Raspberry PI.

Содержание учебной дисциплины

• Место дисциплины в образовательном треке студента и его будущей карьере
• Особенности проектирования программного обеспечения для встраиваемых систем
• Особенности реализации ИНС на уровне аппаратуры. Моделирование работы ИНС
• Высокоуровневая программная верификация цифровых систем
• Разработка ПО для одноплатных компьютеров. Моделирование работы программно-аппаратных комплексов
• OpenCL и OpenCV для проектирования встраиваемых систем
• Выполнение домашнего задания
• Разработка и программирование гетерогенных многоядерных систем. Высокоуровневое и HDL моделирование сетей на кристалле

Элементы контроля

• Экзамен
  Описание экзамена и список вопросов содержатся в методических указаниях (HLIMDS_Exam_2021_p1).
• Домашняя работа
  Описание требований к выполнению работы содержится в метод. указаниях.
• Практические работы
  Требования к сдаче практических работ содержатся в методических указаниях.

Промежуточная аттестация

• Промежуточная аттестация (3 модуль)
  0.16 * Домашняя работа + 0.64 * Практические работы + 0.2 * Экзамен

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

• Дэвид М. Харрис, Сара Л. Харрис - Цифровая схемотехника и архитектура компьютера - Издательство "ДМК Пресс" - 2017 - 792с. - ISBN: 978-5-97060-522-6 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/97336

Рекомендуемая дополнительная литература

• Максфилд К. - Проектирование на ПЛИС. Курс молодого бойца - Издательство "ДМК Пресс" - 2010 - 407с. - ISBN: 978-5-94120-147-1 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/60987
• Харрис Дэвид М., Харрис Сара Л. - Цифровая схемотехника и архитектура компьютера. Дополнение по архитектуре ARM - Издательство "ДМК Пресс" - 2019 - 356с. - ISBN: 978-5-97060-650-6 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/111431