Міністерство освіти і науки України
Харківський національний університет радіоелектроніки
Факультет _____Комп’ютерної інженерії та управління_________________
(повна назва)
Кафедра ______Автоматизації проектування обчислювальної техніки_______
(повна назва)
ЗАТВЕРДЖУЮ
Декан факультету __КІУ____
___________ О.С. Ляшенко __
(підпис, ініціали, прізвище)
"____" ____________2022 р.
РОБОЧА ПРОГРАМА НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ
SoC
(назва навчальної дисципліни)
рівень вищої освіти
Бакалаврський_______
(бакалаврський, магістерський, освітньо-науковий)
спеціальність ____123 Комп’ютерна інженерія_________________________
(код і повна назва спеціальності)
_______________________________________________________________________________
освітньо-професійна програма ______ Комп’ютерна інженерія ____________
(професійна або наукова)
_______________________________________________________________________________
(повна назва програми)
освітньо-професійна програма ________________________________________
(професійна або наукова)
________________
____________________
(повна назва програми)
Харків – 2022 р.
Розробник(и):
Литвинова Є.І., д.т.н., проф.
__________________________________________________
__________________________________________________
(ініціали, прізвище, посада, науковий ступінь, вчене звання)
Робочу програму схвалено на засіданні кафедри _АПОТ___________________
____________________________________________________________________
Протокол від “15” 11
2022 р. № 4
Завідувач кафедри
____________
__С.В.Чумаченко_
(підпис)
(ініціали, прізвище)
Керівник групи забезпечення спеціальності ___________
(підпис)
Є.І. Литвинова_
(ініціали, прізвище)
Схвалено методичною комісією факультету __КІУ________________________
Протокол від “____”______________
Голова методичної комісії
2022 р. № ___
_______________
(підпис)
_І.В. Філіппенко
(ініціали, прізвище)
1 ОПИС НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ
Найменування показників
Характеристика навчальної
дисципліни*
денна форма
навчання
Кількість кредитів ЄКТС* 4
Модулів** 1
Змістових модулів 1
Індивідуальних завдань*:
РГЗ та КР _____________
курс. робота (проект)_________
Загальна кількість годин* 90
Мова навчання
українська
заочна форма
навчання
Обов’язкова (вибіркова)
Рік підготовки:
3-й
__-й
Семестр
6-й
___-й
Кількість годин
90
Навчальні заняття:
1) лекції, год
28
2) практичні, год
3) лабораторні, год
20
4) консультації, год
8
Самостійна робота, год
34
в тому числі: 1) РГЗ та КР., год.
2) курсова робота(проект), год
Вид контролю: залік
Примітка.
* Відомості з навчального плану.
** Структурна одиниця дисципліни (складається із змістових модулів). Рекомендована кількість модулів
дорівнює кількості контрольних точок.
2 МЕТА ДИСЦИПЛІНИ ТА ОЧІКУВАНІ РЕЗУЛЬТАТИ З ЇЇ ВИВЧЕННЯ
2.1 Мета вивчення дисципліни: вивчення теоретичних основ синтезу цифрових систем
на кристалі, діагностики та тестопридатного проектування ПЛІС, отримання практичних
навичок розробки, тестування і діагностування мініатюрних, спеціалізованих, економічних,
мобільних і швидкодіючих цифрових виробів на кристалах.
2.2 Результати навчання:
за результатом вивчення дисципліни студенти повинні:
знати: технологічні конструктиви для імплементації цифрових систем на кристалах;
основи тестопридатного проектування SoC, SiP за допомогою IEEE 1500; архітектури систем
на кристалах; структуру хмарного сервісу проектування і симуляції EDA Playground
(https://www.edaplayground.com); традиційні і квантові моделі об’єктів проектування,
діагностування та несправностей; традиційні і квантові методи генерації тестів цифрових
пристроїв; методи моделювання і діагностування несправностей цифрових пристроїв; основи
використання мови опису апаратури VHDL для опису об’єктів проектування і Testbench;
вміти: створювати нові проекти цифрових систем на кристалах за допомогою
хмарного сервісу проектування і симуляції EDA Playground (https://www.edaplayground.com)
та мови опису апаратури VHDL; здійснювати функціональне моделювання проекту цифрової
системи на кристалі; створювати опис складних елементів цифрової системи на кристалі
мовою VHDL; формулювати і вирішувати практичні задачі проектування, тестування і
діагностування цифрових пристроїв з використанням традиційних і квантових моделей.
володіти (перелік сформованих компетентностей): навиками створення нових
проектів цифрових систем на кристалах за допомогою хмарного сервісу проектування і
симуляції EDA Playground (https://www.edaplayground.com) та мови опису апаратури VHDL,
здійснення функціонального моделювання проекту цифрової системи на кристалі, створення
опису складних елементів цифрової системи на кристалі мовою VHDL, формулювання і
вирішення практичних задач проектування, тестування і діагностування цифрових пристроїв
з використанням традиційних і квантових моделей.
2.3 Передумови для вивчення дисципліни:
Мови опису апаратури, Комп’ютерна логіка
_____________________________________________________________________
(перелік дисциплін, які мають бути вивчені раніше, перелік раніше здобутих результатів навчання
тощо).
1. Програма навчальної дисципліни
Змістовий модуль 1. Проектування та тестування цифрових систем на кристалах.
Тема 1. Мета, задачі, зміст та обсяг курсу. Література. Технологічні конструктиви для
імплементації цифрових систем на кристалах. Сучасні тенденції розвитку систем на
кристалах. Архітектури компонентів для проектування цифрових систем на кристалах.
Тема 2. Алгоритм проектування систем на кристалах. Структура проекту і Testbench,
описаних мовою VHDL. Структура хмарного сервісу проектування і симуляції EDA
Playground (https://www.edaplayground.com).
Тема 3. Опис простих елементів комбінаційної логіки мовою VHDL. Розгляд прикладів
опису і симуляції.
Тема 4. Опис складних елементів комбінаційної логіки мовою VHDL. Розгляд
прикладів опису і симуляції.
Тема 5. Опис каскадного суматора, суматора з прискореним переносом мовою VHDL.
Розгляд прикладів опису і симуляції.
Тема 6. Опис послідовностних елементів мовою VHDL. Розгляд прикладів опису і
симуляції.
Тема 7. Опис регістру зсуву мовою VHDL. Розгляд прикладів опису і симуляції.
Реалізація регістру зсуву з лінійним зворотним зв'язком на FPGA.
Тема 8. Опис різних видів пам’яті мовою VHDL. Розгляд прикладів опису і симуляції.
Тема 9. Опис інтерфейсу UART мовою VHDL. Розгляд прикладів опису і симуляції.
Тема 10. Опис перетворювача двійкових чисел у двійково-десятковий формат BCD
мовою VHDL. Розгляд прикладів опису і симуляції.
Тема 11. Опис 7-сегментного дисплею мовою VHDL. Розгляд прикладів опису і
симуляції. Реалізація 7-сегментного дисплею на FPGA.
Тема 12. Модель симуляції EEPROM з використанням інтерфейсу I2C мовою VHDL.
Розгляд прикладів опису і симуляції. Використання різних типів пам’яті при проектуванні
мікропроцесорного ядра для імплементації в FPGA.
Тема 13. Опис керуючого автомата мікропроцесорного ядра з використанням
перелічуваного типу мовою VHDL з циклом роботи в два такту.
Тема 14. Технології проектування цифрових систем на кристалах. Рівні абстракції. Yдіаграма. Поведінкові та структурні моделі системного та процесорного рівнів проектування.
Процедура синтезу на системному та процесорному рівнях.
4. Структура навчальної дисципліни
Назви змістових модулів і тем
усього
1
2
Кількість годин
денна форма
у тому числі
усьо
го
л конс лаб інд с.р.
Заочна форма
у тому числі
л п лаб інд
3
9
4
5
6
7
8
1
0
11
Модуль 1
Змістовий модуль 1. Проектування та тестування цифрових систем на кристалах
Тема 1. Мета, задачі, зміст та
2
1
обсяг
курсу.
Література.
Технологічні конструктиви для
імплементації цифрових систем
на кристалах. Сучасні тенденції
розвитку систем на кристалах.
Архітектури компонентів для
проектування цифрових систем
на кристалах.
Тема
2.
Алгоритм
2
1
проектування
систем
на
кристалах. Структура проекту і
Testbench, описаних мовою
VHDL. Структура хмарного
сервісу
проектування
і
симуляції
EDA
Playground
(https://www.edaplayground.com)
.
Тема
3.
Опис
простих
2
2
4
5
елементів комбінаційної логіки
мовою
VHDL.
Розгляд
прикладів опису і симуляції.
Тема
4.
Опис
складних
2
1
елементів комбінаційної логіки
мовою
VHDL.
Розгляд
прикладів опису і симуляції.
Тема 5. Опис каскадного
2
4
5
12
с.
р.
13
суматора,
суматора
з
прискореним переносом мовою
VHDL.
Розгляд
прикладів
опису і симуляції.
Тема 6. Опис послідовностних
елементів
мовою
VHDL.
Розгляд прикладів опису і
симуляції.
Тема 7. Опис регістру зсуву
мовою
VHDL.
Розгляд
прикладів опису і симуляції.
Реалізація регістру зсуву з
лінійним зворотним зв'язком на
FPGA.
Тема 8. Опис різних видів
пам’яті мовою VHDL. Розгляд
прикладів опису і симуляції.
Тема 9. Опис інтерфейсу UART
мовою
VHDL.
Розгляд
прикладів опису і симуляції.
Тема 10. Опис перетворювача
двійкових чисел у двійководесятковий формат BCD мовою
VHDL.
Розгляд
прикладів
опису і симуляції.
Тема 11. Опис 7-сегментного
дисплею мовою VHDL. Розгляд
прикладів опису і симуляції.
Реалізація
7-сегментного
дисплею на FPGA.
Тема 12. Модель симуляції
EEPROM з використанням
інтерфейсу I2C мовою VHDL.
Розгляд прикладів опису і
симуляції. Використання різних
типів пам’яті при проектуванні
мікропроцесорного ядра для
імплементації в FPGA.
Тема 13. Опис керуючого
автомата
мікропроцесорного
ядра
з
використанням
перелічуваного типу мовою
VHDL з циклом роботи в два
такту.
Тема
14.
Технології
проектування цифрових систем
на кристалах. Рівні абстракції.
Y-діаграма. Поведінкові та
структурні моделі системного
та
процесорного
рівнів
проектування.
Процедура
синтезу на системному та
процесорному рівнях.
РАЗОМ
2
4
5
2
4
5
2
4
5
2
56
2
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
2
28
8
1
20
34
5. Теми семінарських занять (НЕ ЗАПЛАНОВАНО)
№
з/п
1
Назва теми
6. Теми практичних занять (НЕ ЗАПЛАНОВАНО)
Назва теми
№
з/п
№
з/п
1
2
3
4
5
№
з/п
1
2
Кількість
годин
7. Теми лабораторних занять
Назва теми
Формування VHDL опису фрагменту схеми
Формування VHDL опису суматора
Формування VHDL опису фрагменту послідовностної схеми
Формування VHDL опису модуля пам’яті
Формування опису 7-сегментного дисплею мовою VHDL
Разом
8. Самостійна робота
Назва теми
Вивчення теоретичного матерiалу з використанням конспектiв i
навчальної лiтератури
Пiдготовка до лабораторних занять
Кількість
годин
Кількість
годин
4
4
4
4
4
20
Кількість
годин
14
Разом
20
34
9. МЕТОДИ НАВЧАННЯ ТА ЗАСОБИ ОЦІНЮВАННЯ
Методи навчання: практичний (лабораторні); наочний (метод ілюстрацій і метод
демонстрацій); словесний (лекція); робота з навчально-методичною літературою
(конспектування);
Методи за призначенням: набуття знань; формування умінь і навичок, застосування
знань; закріплення знань; перевірка знань, умінь і навичок.
2. Засоби оцінювання:
- завдання на лабораторному обладнанні;
- контрольна робота.
10 МЕТОДИ КОНТРОЛЮ ТА РЕЙТИНГОВА ОЦІНКА ЗА ДИСЦИПЛІНОЮ
10.1 Розподіл балів, які отримують студенти (кількісні критерії оцінювання)
Вид заняття / контрольний захід
Лб № 1
Лб № 2
Лб № 3
Лб № 4
Лб № 5
Оцінка Oсем
12-20
12-20
12-20
12-20
12-20
…………………………………………
Всього за семестр
60…..100
10.2 Якісні критерії оцінювання
Необхідний обсяг знань для одержання позитивної оцінки.
алгоритм проектування систем на кристалах; архітектури систем на кристалах;
структура проекту опису компонентів SoC мовою VHDL; структура Testbench; особливості
опису послідовностних компонентів SoC мовою VHDL; особливості опису різних видів
пам’яті мовою VHDL, опис 7-сегментного дисплею мовою VHDL; моделі і методи генерації
тестів.
Необхідний обсяг умінь для одержання позитивної оцінки.
створювати нові проекти цифрових систем на кристалах за допомогою хмарного
сервісу проектування і симуляції EDA Playground (https://www.edaplayground.com) та мови
опису апаратури VHDL; опис простих елементів комбінаційної логіки мовою VHDL; опис
складних елементів комбінаційної логіки мовою VHDL; опис послідовностних елементів
мовою VHDL; опис різних видів пам’яті мовою VHDL; генерація тестів; опис Testbench для
здійснення симуляції розроблюваного пристрою.
Критерії оцінювання роботи студента протягом семестру.
Задовільно, D, E (60-74). Відпрацювання та захист всіх запланованих лабораторних
робіт, відповідь на запитання.
Добре, С (75-89). Відпрацювання та захист всіх запланованих лабораторних робіт,
відповідь на запитання.
Відмінно, А, В (90-100). Відпрацювання та захист всіх запланованих лабораторних робіт
(60 балів), відповідь на запитання (40 балів).
Шкала оцінювання: національна та ЄКТС
Оцінка з
дисципліни
96–100
90–95
75–89
66–74
60–65
35–59
0-34
Оцінка
ЄКТС
А
В
С
D
Е
FX
F
Оцінка за національною шкалою
екзамен, курсовий проект
(робота), практика
залік
5 (відмінно)
4 (добре)
зараховано
3 (задовільно)
2 (незадовільно)
не зараховано
11 МЕТОДИЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ТА РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА
11.1 Базова література
1. D. Harris, S. Harris. Digital Design and Computer Architecture. – 2nd Edition. – Elsevier.– 2014.
2. D. D. Gajski, S. Abdi, A. Gerstlauer, G. Schirner, Embedded System Design: Modeling, Synthesis,
Verification, Springer, ISBN 978-1-4419-0503-1, 2009.
3. V. Hahanov. Cyber Physical Computing for IoT-driven Services. Springer International Publishing.
Switzerland. 2018. 279 р.
4. Хаханов, Є.І. Литвинова, O.М. Матвійків, С.В. Чумаченко. Проектування і тестування цифрових
систем на кристалах. Харків: ХНУРЕ. – 2014. – 484 с.
5. J.A. Ang, D.J. Mountain. New Horizons for High-Performance Computing // COMPUTER. Dec. 2022. P.
156 – 162.
11.2 Допоміжна
1. Design of Digital Systems and Devices / Marian Adamski, Alexander Barkalov, Marek Wegrzyn / /
Springer. – 2011. – 362 p.
2. Abramovici M. Digital System Testing and Testable Design / M. Abramovici, M.A. Breuer, A.D.
Friedman. – Computer Science Press. – 1998.– 652 р.
3. IEEE 1500 Web Site. http://grouper.ieee.org/groups/1500/.
4. Taraate, V. (2023). FPGA Architecture and Design Flow. In: Digital Design from the VLSI Perspective.
Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-19-4652-3_19