Кафедра К3 Прикладная математика, информатика
и вычислительная техника

Ниже приводится раздел из учебного пособия Н. В. Ефремов, А. А. Бородин. Инструментальные средства проектирования и отладки систем на программируемых кристаллах компании Altera.

Скачать описание стенда в формате DOCX

3.1 Назначение и возможности учебного стенда Altera^® DE2-70

Внешний вид стенда Altera^® DE2-70 приведен на рис. 3.1. Стенд предназначен для учебных целей. Он может быть использован для выполнения лабораторных работ и курсовых проектов по дисциплинам: «Схемотехника ЭВМ», «Теория автоматов», «Организация ЭВМ», «Периферийные устройства ЭВМ», «Компьютерная графика», «Встроенные системы».

В состав стенда входит программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС) Altera Cyclone^® II 2C70 FPGA и большое количество дополнительных компонентов, позволяющих создавать на базе стенда широкий диапазон различных проектов. Причем, проекты могут представлять собой как простые схемы, реализованные внутри кристалла ПЛИС, так и сложные аппаратно — программные комплексы, включающие полный набор технических средств стенда.

Стенд подключается к инструментальному компьютеру через USB разъем. На инструментальном компьютере устанавливается пакет Quartus II, с помощью которого создается проект и выполняется программирование кристалла. Для отладки программ, разработанных для созданных в кристалле процессорных систем, используется приложение Altera Monitor Program (AMP), описанное во второй части настоящего пособия.

В состав стенда также входит:

• энергонезависимая конфигурационная память EPCS16, позволяющая сохранять файл конфигурации ПЛИС, который может автоматически загружаться после включения питания стенда;
• встроенный программатор USB Blaster, поддерживающий два режима работы и предназначенный для программирования кристалла ПЛИС и для управления проектами со стороны инструментального компьютера;
• микросхема синхронной статической памяти (SSRAM) емкостью 2 мегабайта;
• две микросхемы синхронной динамической памяти (SDRAM), емкостью 32 мегабайта каждая;
• микросхема флеш памяти емкостью 8 мегабайт;
• разъём для подключения SD карт памяти;
• четыре кнопки;
• восемнадцать переключателей;
• восемнадцать красных светодиодов;
• девять зеленых светодиодов;
• восемь 7-сегментных индикаторов;
• жидкокристаллический монитор, позволяющий отображать две строки по 16 символов;
• 50 мегагерцовый и 28,6 мегагерцовый резонаторы, для формирования тактовых сигналов;
• 24 битный аудиокодек, соединенный с разъемами линейного входа, выхода и микрофона;
• 10 битный цифро-аналоговый преобразователь, для формирования видеосигнала для VGA монитора, соединенный с соответствующим внешним разъёмом;
• два телевизионных декодера (NTSC/PAL/SECAM), соединенных с соответствующими разъёмами;
• 10/100 Ethernet контроллер, соединенный с соответствующим разъемом;
• USB Host/Slave контроллер с разъемами типа A и B;
• приемопередатчик интерфейса RS-232, с девятиконтактным разъемом;
• разъём PS/2, для подключения мыши и клавиатуры к создаваемым на стенде проектам;
• инфракрасный приемопередатчик;
• два 40 контактных разъема расширения с диодной защитой;
• SMA разъём, для подключения внешнего источника тактовых сигналов.

Программируемый кристалл Altera Cyclone^® II 2C70 FPGA содержит 896 внешних выводов, 622 из которых может назначаться пользователем в его собственных проектах. Большое количество выводов позволяет выполнить соединения всех компонентов стенда с кристаллом ПЛИС, обеспечивая тем самым максимальную гибкость стенда. На рис. 3.2 приведена блок схема стенда DE2-70. Пользователь создает свой проект путем программирования кристалла с помощью встроенного программатора USB Blaster.

В состав ПЛИС входит почти 70 000 логических элементов, 250 блоков встроенной памяти, организованной по 4кбит, 150 встроенных умножителей, 4 блока управления тактированием [4]. Этих средств вполне достаточно для реализации на кристалле различных аппаратно — программных систем, содержащих как процессоры общего назначения, такие как Nios II, так и специализированные сигнальные процессоры, а также большой набор различных контроллеров, в том числе разработанных самим пользователем.

Библиотека системы автоматизированного проектирования Quartus II содержит большое количество базовых элементов, включая мегафункции и макрофункции, а также ядра интеллектуальной собственности (IP ядра), созданные как компанией Altera, так и компаниями партнерами. Их применение в проектах пользователя значительно расширяет возможности проектирования и ускоряет выполнение проекта.

Одним из проектов, реализованных на учебном стенде, является мультимедийная процессорная система, названная «DE2-70 Media Computer». Эта система разработана компанией Altera в учебных целях. Именно она используется в лабораторных работах по дисциплине «Организация ЭВМ и систем». Файл программирования кристалла ПЛИС, который реализует эту процессорную систему, может быть найден в разделе University Program на сайте компании Altera [10].