VHDL과 FPGA 실습 기초부터 따라하기

하판봉 , 신경욱 , 리버트론 연구소 지음

아진 2015년 09월 17일 출간 종이책 : 2010년 03월 15일 출간

작품소개

책소개

『VHDL과 FPGA 실습 기초부터 따라하기』는 기본적인 디지털 로직을 이해한 사람이 PLD를 이용해서 어떻게 보드 설계를 대치하고, VHDL을 이용하여 설계를 구현하기 위한 SW Tool 및 시뮬레이션을 어떻게 수행하는지 개념적으로 이해할 뿐만 아니라, 순서에 입각한 설계 절차를 학습할 수 있도록 도운 대학 교재이다.

목차

1. 디지털 디자인 플로우
1.1 디지털 회로 설계 과정
1.2 TTL 소자를 이용한 회로 구현
1.2.1 설계 사양
1.2.2 입력 및 출력
1.2.3 진리표
1.2.4 부울식
1.2.5 게이트 레벨 설계
1.2.6 회로 구현

2. 프로그래머블 로직 디자인 플로우
2.1 컴퓨터를 이용한 디자인과 프로그래머블 로직의 장점
2.2 프로그래머블 로직의 종류 및 구조
2.3 FPGA 설계 플로우(Flow)
2.4 FPGA 설계 실습 둘러보기 (VHDL 모드)
2.4.1 VHDL을 이용한 Design Entry
2.4.2 VHDL 파일의 FPGA구현
2.4.3 Sythesize, Place & Route
2.4.4 롬파일 생성 및 다운로드
2.4.5 롬파일 생성 및 다운로드

3. 설계용 소프트웨어 설치
3.1 ISE 다운로드 및 설치
3.1.1 ISE 다운로드
3.1.2 ISE 라이센스 받기 및 다운로드
3.1.2 ISE11.1i 인스톨
3.2 Modelsim 다운로드 및 설치
3.2.1 Modelsim 다운로드
3.2.2 Modelsim 설치
3.2.3 Modelsim License 받기
3.2.4 Modelsim License 설치

4. 시뮬레이션의 이해
4.1 FPGA 시뮬레이션의 개념
4.2 FPGA 시뮬레이션 라이브러리
4.3 테스트벤치 작성법
4.4 시뮬레이션 실습

5. 조합 회로
5.1 조합 논리 회로의 정의
5.2 멀티플렉서 (Multiplexer)
5.3 디멀티플렉서 (Demultiplexer)
5.4 디코더 (Decoder)
5.5 인코더 ( Encoder)
5.6 반가산기 (Half-Adder)
5.7 전가산기 (Full-Adder)

6. 플립플롭
6.1 순차 회로의 정의
6.2 R-S Flip-Flop
6.3 D Flip-Flop
6.4 J-K Flip-Flop
6.5 T Flip-Flop
6.6 플립플롭 동작 실습

7. 스테이트 머신 설계
7.1 스테이트 머신(State Machine)의 정의
7.2 무어 머신 (Moore Machine)
7.3 밀리 머신 (Mealy Machine)
7.3 디지털 도어록(Door Lock) 설계
7.4 디지털 도어록 동작 실습

8. 카운터 (Counter)
8.1 카운터의 정의
8.2 비동기 리셋 카운터(Asynchrous reset counter)
8.2.1 8bit 업 카운터
8.2.2 8bit 업다운 카운터
8.2.3 8bit 인에이블 카운터
8.3 비동기 및 동기 리셋 카운터(Asynchrous reset counter)
8.4 비동기 카운터(Asynchrous Counter)
8.5 동기 카운터(Synchrous Counter)
8.6 카운터와 분주회로
8.7 카운터 동작 실습ⅶ

9. LED, Push Switch & Dip Switch
9.1 LED 동작 설계
9.2 Push 및 DIP Switch를 이용한 LED 동작 설계
9.3 카운터를 이용한 LED 표시
9.4 2Hz 주기의 LED 표시
9.5 디자인 Simulation.
9.5.1 동작 원리 및 설계
9.5.2 2Hz Blink LED Shift 동작 시뮬레이션

10. 7-Segment
10.1 7-Segment 동작 이해
10.2 7-Segment 동작 기초 실습
10.3 DIP 및 Push Switch 이용한 7-Segment 동작 실습
10.4 디자인 Simulation.

11. 스톱 워치
11.1 디지털 스톱워치 동작 원리
11.2 디지털 스톱워치 설계
11.2.1 STPWATCH.vhd
11.2.2 TIMEBASE2.vhd
11.2.3 DEBOUNCE.vhd
11.2.4 COUNTER.vhd
11.2.5 INT2SEG2.vhd
11.2.6 INT2SEG1.vhd
11.3 디자인 Simulation
11.4 스톱워치 동작 실습

12. Dot Matrix LED
12.1 Dot Matrix LED 동작 이해
12.2 Dot Matrix LED 설계
12.3 디자인 Simulation

13. 메모리
13.1 메모리 소개
13.2 특수 메모리
13.2.1 동기형 메모리(Synchronous Memory)
13.2.2 이중-포트 메모리(Dual-Port Memory)
13.2.3 FIFO 버퍼(First-In, First-Out Buffer)
13.3 ROM 설계
13.3.1 ROM 초기화 파일 만들기
13.3.2 ROM CORE Generator IP 만들기
13.3.3 ROM 테스트용 FPGA 실습
13.3.4 ROM 시뮬레이션용 테스트 벤치
13.3.5 ROM test 디자인 핀 매핑(PIN Mapping)
13.3.6 ROM test 디자인 결과 확인
13.4 단일포트 메모리(Single Port Memory-SPRAM) 설계
13.4.1 SPRAM CORE Generator IP 만들기
13.4.2 SPRAM 테스트용 FPGA 실습
13.4.3 SPRAM 시뮬레이션용 테스트벤치
13.4.4 SPRAM test 디자인 핀 매핑
13.4.5 SPRAM test 결과 확인
13.5 FIFO 메모리(First-In, First-Out Memory) 설계
13.5.1 FIFO CORE Generator IP 만들기
13.5.2 FIFO 테스트용 FPGA 실습
13.5.3 FIFO 시뮬레이션용 테스트 벤치
13.5.4 FIFO 테스트 디자인 핀 매핑.
13.5.5 FIFO 테스트 디자인 결과 확인.

14. PS/2 포트
14.1 PS/2 키보드 동작 원리
14.2 PS/2 키보드 입력과 7-Segment 상위 설계
14.3 PS/2 키보드 입력과 7-Segment VHDL 설계
14.3.1 PSnSegment_Top.vhd
14.3.2 ps2_key.vhd
14.3.3 scan_rom.xco
14.3.4 Seg_Dis.vhd
14.4 디자인 Simulation
14.5 PS/2 키보드 동작 실습

■ APPENDIX
A-1 EDA-LabII User Guide
A-2 DesignProShop User Guide
A-3 Cortex-M Application Note
A-4 EDK Application Note.

책 속으로

PLD(Programmble Logic Device)가 국내에 소개된 지는 벌써 20년 가까이 되며, 실제로 전자업계의 회로설계 분야에 있어서 PLD는 없어서는 안 될 중요한 분야 이다. 그러나 이 디바이스를 처음 접하는 학생들에게는 학부과정에서 공부한 디지털 로직과 어떻게 연관되고, 또 VHDL과 같은 HDL 언어를 어떻게 응용할 것인지에 대한 기초적이며 상세한 안내서가 부족한 것 같아서 이 책을 집필하게 되었다.
책의 내용을 살펴보면 1~2장은 디지털 회로 설계 과정의 이해, 3~4장은 EDA SW 설치, 5~8장은 디지털 기본 소자의 이해와 구현 방법, 9~10장은 간단한 외부 소자 구동, 11~12장은 간단한 응용회로, 13~14장은 중급레벨의 응용회로 구현으로 구성되어 있다. 따라서 난이도가 점점 증가 하므로 1장부터 철저한 이해를 바탕으로 학습하면 최종 목표에 도달할 것이다. 추가로 본 교재에서 다룬 VHDL 실습 예제는 아진출판사와 리버트론의 홈페이지의 자료실에 등록되어 있으므로 로그인 후 다운로드 받아서 사용하면 될 것이다. 주의할 점은 소스 파일만 있으므로 본교재의 내용을 숙지하여 반드시 ISE 프로젝트 파일을 만들어야 한다.

출판사 서평

이 책의 학습 목표는 기본적인 디지털 로직을 이해한 사람이 PLD를 이용해서 어떻게 보드 설계를 대치하고, 또 VHDL을 이용하여 설계를 구현하기 위한 SW Tool 및 시뮬레이션을 어떻게 수행하는지 개념적으로 이해하고 순서에 입각한 설계 절차를 학습하는 것이다. 즉 개념 이해를 바탕으로 EDA SW 사용법과 시뮬레이션 그리고 최종회로 검증까지 기술하였으므로 학생들은 1장부터 14장까지 14주동안 순차적으로 학습하면 간단한 FPGA 회로는 쉽게 설계할 수 있는 FPGA 중급 설계 레벨이 될 수 있을 것이라 믿는다. 설계 동작의 이해를 위하여 실제 회로 동작 확인은 리버트론사의 EDA-LabII 장비를 사용했으며, VHDL 구현을 위한 EDA SW는 Xilinx사의 ISE 11.3i, 그리고 시뮬레이션 SW는 Mentor사의 Modelsim을 사용하여 내용을 기술 하였으므로 참고하기 바란다.

작가정보

저자(글) 하판봉

저자(글) 신경욱

저자(글) 리버트론 연구소