Synthèse et fonctions numériques

Synthèse et fonctions numériques GINF3109

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Durée totale du cours: 22.5 H
Option concernée : Tronc Commun
Semestre : 1
Nombre de crédits : 2

Modules de base : X

Nombre d’heures 22.5 Activités hors classe
18 cours 16.5 TD 6 TP

Code GINF3109 Synthèse et fonctions numériques
Volume Horaire : 1h:30 Cours intégrés (par semaine)
Digital Function Description

Objectifs d’apprentissage et compétences visées

L’objectif principal c’est d’expliquer comment peut-on générer des circuits personnalisés par programmation.
– Faire la synthèse de circuit numérique
– Programmation de circuits numériques
– Apprendre un langage de programmation de circuit
– Maîtriser les bases d’un langage de description HDL
– Utiliser un outil de tests et de simulation
– Utiliser un outil de synthèse

Contenu du module

Cours :

 Systèmes de numération : nombres signés (Signe-Valeur Absolue, complément à 1, complément à 2)
 Codage des nombres : Grey, BCD, ASCII
 Nombres réels : virgule fixe, virgule flottante simplifiée, virgule flottante standard IEEE
 Opérations arithmétiques binaires : demi-additionneur, additionneur complet, addition n-bits, Soustraction, multiplication, division

 Synthèse logique : résolution par SOP
 Les PLD (PAL, PLA) : Les CPLD + Les GAL
 Synthèse logique : résolution par FG et LUT
 Les FPGA : FPGA de Altera + FPGA de Xilinx
 Programmation logique : VHDL
 Les niveaux logiques et la bibliothèque IEEE
 Notion de variable et de signal
 Structure descriptive de fichier VHDL : Entité et architecture + Système combinatoire + Notion de process + Système séquentiel
 Description fonctionnelle
 Description comportementale
 Description structurelle
 Structure de fichier de simulation
 Quelques syntaxes de VHDL
 Machine d’état : Modèle de Moore et Modèle de Mealy + Différentes descriptions de la machine de Moore + Différentes descriptions de la machine de Mealy
 Généricité et construction d’IP

Travaux Dirigés

 Calculs numérique binaire avec les différents formats des nombres signés et nombres réels.
 Les opérations arithmétiques et logiques (+, -, x). (Changer les formats des nombres)
 Les systèmes séquentiels : rappels sur les registres à décalage, compteurs.
 Programmation des PLD-GAL (combinatoire, séquentiel)
 Programmation des fonctions logiques combinatoires en VHDL (avec et sans process)
 Programmation de fonctions logiques séquentielles en VHDL
 Programmation des fonctions numériques en VHDL (combinatoires et séquentiels)
 Conception de machine d’état, Moore et Mealy.
 Applications à machine d’état.

Travaux pratiques

 TP1 : Introduction à l’environnement de test modelsim de Mentorgraphic
 TP2 : Test et simulation de quelques applications numériques de base
 TP3 : Introduction à l’outil ISE de Xilinx.
 TP4 : Synthèse de quelques applications numériques de base.
 TP5 : Implémentation sur un FPGA de quelques exemples de fonctions complexes.

 TP6 : Implémentation d’une machine de Moore sur un FPGA.
 TP7 : Implémentation d’une machine de Mealy sur un FPGA.
 TP8 : Introduction à l’environnement EDK.
 TP9 : Implémentation et programmation d’un microprocesseur Soft
 TP10 : Implémentation d’une application Hard/Soft (codesign)

Méthodes d’enseignement et d’apprentissage

 Exercices théoriques et études de cas (présentation et discussion).
 Travaux pratiques (laboratoire)

Connaissances et compétences pré-requises

 Système logique
 Codage et représentation binaire

Références bibliographiques

 Un polycopié (Notes du cours) de l’enseignant sera disponible.
 V. Olive, R.Airiau, J. M.Bergé,J.Rouillard« VHDL. Langage, modélisation, synthèse », 2ème édition, 2011,ISBN : 2880743613.
 J. Weber , S. Moutault «Le langage VHDL : du langage au circuit, du circuit au langage », 4e édition, Dunod, ISBN : 2100567020
 Douglas Perry, « VHDL : Programming By Example », McGraw-Hill Professional, mai 2002, 497 p, ISBN-13: 978-0071400701
 Jacques Weber & Maurice Meaudre, « Le Langage VHDL : Cours Et Exercices », Dunod, juin 2003, 238 p, ISBN : 9782100047550

Modalité d’évaluation

 40% Contrôle continu (Test + Travail individuel avec présentation orale, Devoir surveillé, …)
 60% Examen semestriel

Résultats d’apprentissage :

1. Compétences en conception de circuits numériques: Vous devriez acquérir des compétences dans la conception, la simulation et la vérification de circuits numériques, y compris des compétences en langages de description matérielle tels que VHDL ou Verilog.
2. Compétences en traitement numérique des signaux: Vous pourriez apprendre à concevoir des circuits numériques pour le traitement des signaux, tels que le filtrage numérique, la transformée de Fourier, etc.
3. Compétences en architecture des processeurs: Vous pourriez étudier l’architecture interne des processeurs numériques, y compris l’organisation des registres, les unités de traitement, les pipelines, etc.
4. Compétences en conception de systèmes numériques: Vous pourriez apprendre à concevoir des systèmes numériques plus vastes, en intégrant plusieurs composants et modules.
5. Compétences en langages de programmation bas niveau: Vous pourriez développer des compétences en langages bas niveau tels que le langage d’assemblage pour comprendre le fonctionnement interne des processeurs.
6. Compétences en test et débogage de circuits numériques: Vous pourriez apprendre des techniques pour tester et déboguer des circuits numériques afin d’assurer leur bon fonctionnement.
7. Compétences en technologies émergentes: Selon le programme, vous pourriez être exposé à des technologies émergentes telles que les circuits quantiques, les circuits reconfigurables, etc.