Responsable(s) du cours

Description du cours

Objectif du cours

Le cours MIC7345 permettra à l'étudiant d'acquérir une formation théorique et pratique sur les méthodes et les outils de conception des circuits intégrés, en particulier les circuits intégrés programmables.

À la fin de ce cours, l'étudiant devra être en mesure :

• de comprendre les méthodes de conception, vérification et simulation des circuits intégrés;
• de connaître la structure et l'architecture interne de ces circuits;
• de choisir le circuit intégré programmable pour une application.

À la fin des séances de laboratoire, l'étudiant devra être capable :

• d'utiliser un système de conception des circuits intégrés programmables;
• de décrire des circuits numériques avec un langage spécialisé;
• d'utiliser les outils de simulation et synthèse des circuits intégrés programmables et vérifier leur comportement en laboratoire. 

Contenu du cours

1. Introduction
   • Survol des circuits intégrés et circuits intégrés programmables;
   • Environnement de conception pour les circuits intégrés programmables;
   • Carte de prototypage;
   • Circuits logiques : fonctions et portes logiques, tables de vérité.
   •  
2. Modélisation, simulation et synthèse
   • Les étapes de conception;
   • Langage de description (HDL) pour la simulation fonctionnelle et la synthèse;
   • Modularité et hiérarchie
   • Objets : entity, architecture, paquetage, configuration
   • Types, opérateurs
   • Signaux, variables
   • Modèles de délai
   • Énoncés séquentiels et concurrents
   • Fonctions et procédures
   • Paquetages standards
   • Fichiers d'entrée et sortie
   • Banc d'essai
   • Outils de synthèse logique : contraintes, analyse temporelle statique, algorithmes.
   •  
3. Description HDL de circuits pour la synthèse logique et leur utilisation
   • Circuits combinatoires : multiplexeurs, démultiplexeurs, décodeurs, encodeurs, amplificateur trois états, comparateurs, UAL, circuits arithmétiques;
   • Circuits séquentiels : bascules, registres, compteurs, machines à états finis;
   • Générateur automatique de blocs fonctionnels (SoC) et leur utilisation.
   •  
4. Structures logiques internes de circuits intégrés programmables et leur utilisation
   • LUT, multiplexeurs : délai, interconnexions;
   • Structures pour circuits arithmétiques;
   • Bascules, réseau de reset;
   • Registres à décalages;
   • Compteurs;
   • Mémoires : bloc, distribuées;
   • Réseau d'horlote, synchronisation;
   • Entrée/sorties;
   • Exemples de circuits : FIFO, générateur de délai, microprocesseur, FSM, communication sérielle.
   •  
5. Méthodes de configuration et vérification des CIP
   • Chaîne de balayage ( "Scan");
   • Balayage des bordures ("Boundary scan");
   • Instrumentation pour la vérification.
   •  
6. Les structures d'entrées/sorties configurables
   • La logique des entrées et sorties;
   • Les types d'interconnexions;
   • Les blocs logiques d'entrées/sorties configurables;
   • Les connexions entre les blocs logiques et l'horloge.
   •  
7. Technologies des circuits intégrés
   • Technologies des circuits intégrés programmables (CIP) : fusible, antifusible, EPROM, EEPROM, Flash, SRAM, PROM, PLA, PAL;
   • Fabrication des circuits intégrés;
   • Flot de conception et comparaisons avec CIP
   • Analyse de coûts et comparaison avec CIP

Modalités d'évaluation

* Barèmes : *Selon la distribution des notes finales. Le meilleur des deux examens compte pour 25 % des points et l'autre pour 15 %. Une note supérieure à 50 % de la moyenne pondérée des deux examens est exigée. Si ce seuil n'est pas atteint, la mention échec sera automatiquement attribuée au cours et ce, quelles que soient les notes obtenues aux travaux pratiques. 

La qualité du français sera prise en considération, tant dans les examens que dans les travaux pratiques (jusqu'à 10 % de pénalité).

LABORATOIRES

Les séances de laboratoires ( 3 heures/semaine) sont obligatoires et font partie intégrante du cours et de l'évaluation. Les étudiants doivent se présenter aux séances afin d'effectuer les travaus pratiques et présenter leurs résultats à l'auxiliaire d'enseignement. Tous les travaux pratiques sont réalisés individuellement. À l'exception des deux premiers laboratoires, chaque travail pratique sera présenté sous la forme d'un rapport formel (page titre, introduction, conclusion, etc.) en utilisant le gabarit founi pour le cours. Une pénalité de retard de 25 % par jour sera appliquée aux travaux remis après les dates prévues dans l'énoncé du laboratoire.

Nous encourageons fortement l'entraide entre les équipes, principalement pour partager des idées (architectures, diagrammes blocs brouillon), leur savoir-faire, des astuces, etc. Il est toutefois hors de question que tout document, rapport ou fichier soit copié, divulgué, transformé ou non. Le règlement no 18 de l'UQAM sur les infractions de nature académique sera appliqué avec rigueur. En cas de doute sur l'originalité des travaux, un test oral peut être exigé.

Engagements et Responsabilités

Intégrité académique

Médiagraphie

VO Pong, P. Chu -- FPGA Prototyping by VHDL Examples - Xiling Spartan -- 3e version, Wiley, 2007.

UO www.moodle.uqam.ca
Les transparents du cours, les énoncés de laboratoire et d'autres documents utiles sont disponibles sous MIC7345.

UO http://www.xilinx.com - Spécification des composants

VC Brown, Vranesic -- Fundamentals of Digital Logic with VHDL Design -- McGraw Hill, 2000.

VC Peter J. Ashenden, Jim Lewis -- The designer's guide to VHDL, Third Edition -- Elsevier Science, 2010.

VR Roland Airiau, Jean-Michel Bergé, Vincent Rouillard -- VHDL langage, modélisation, synthèse, 2e édition -- Presse Polytechniques et universitaires romandes.

VC Michael John Sebastian Smith -- Application-Specific Integrated Circuits -- Addison Wesley, 1997.

VC Douglas J. Smith -- HDL Chip Design -- Doone Publications, 1996.

VC John Wakerly -- Digital Design: Principles and Practices -- Prentice-Hall.

VC James R. Armstrong and F. Gail Gray -- VHDL Design Representation and Synthesis -- Prentice-Hall.

VC D. Van den Bout -- The Practical Xilinx Designer Lab Book -- Prentice Hall, 1998.

VC R.C. Seals and G.F. Whapshott -- Programmable Logic: PLDs and FPGAs -- Prentice-Hall.

VC Z. Navibi -- VHDL: Analysis and Modeling of Digital Systems -- Prentice-Hall.

VC D. Houzet -- Conception des circuits en VHDL, Principes et méthodologie, -- Toulouse: Cépaduès.

VC K.C. Chang -- Digital Design and Modeling with VHDL and Synthesis -- IEEE Computer Society, 1997.

VC Laurent Dutrieux et Didier Demigny -- Logique programmable, Architecture des FPGA et CPLD, Méthodes de conception, Le langage VHDL -- Eyrolles, 1997.