CS220: Digital Circuits Lab (Fall 2020)

Πρόγραμμα Διαλέξεων και Εργαστηρίων (Schedule)

Ώρες Διδασκαλίας:	Δευτέρα 12.15 - 14:00
	Πέμπτη 18.15 - 20:00
Διαδικτυακή Διδασκαλία:	Zoom
Ώρες Γραφείου:	Κατόπιν συνεννόησης

Διδακτικό Προσωπικό (Course Staff)

Διδάσκοντες	Βοηθοί
Δρ. Βασίλης Παπαευσταθίου	Ιάσονας Μαστοράκης
Καθ. Μανόλης Κατεβαίνης	Σωτήρης Τοτόμης

Πληροφορίες Μαθήματος (Course Info)

Περιοχή:	Υλικό και Συστήματα Υπολογιστών (Ε4)
Περιγραφή:	Γλώσσες περιγραφής και προσομοίωσης υλικού, π.χ. Verilog. Επισκόπηση της τεχνολογίας FPGA, εργαλεία αυτόματης σύνθεσης κυκλωμάτων σε FPGA. Διαγράμματα χρονισμού, τεχνικές ελάττωσης καθυστέρησης. Αρτηρίες (δίαυλοι, λεωφόροι), πρωτόκολα χειραψίας, παραδείγματα εμπορικών αρτηριών. Μνήμες, π.χ. SRAM και SDRAM. Γέννηση ρολογιού, απόκλιση ρολογιού, χρήση PLL. Μεταστάθεια, σφάλμα συγχρονισμού, συγχρονιστές, ουρές και ελαστικοί ενταμιευτές, συγχρονισμός σημάτων άδειος/γεμάτος. Εργαστήριο: Ασκήσεις υλοποίησης μικρών έως μεσαίων εργασιών σε πλακέτες με FPGA, μετά από σχεδίαση και προσομοίωση σε Verilog.
ECTS:	6
Προαπαιτούμενα:	ΗΥ120 - Ψηφιακή Σχεδίαση
Βαθμολόγηση:	Εργαστήρια/Ασκήσεις: 60% (βαθμός > 4.5) Εξέταση Προόδου: 15% (υποχρεωτική) Τελική Εξέταση: 25% (βαθμός > 4.5)
Mailing-list:	hy220-list at csd dot uoc dot gr

Ευχαριστούμε θερμά το Εργαστήριο Αρχιτεκτονικής Υπολογιστών και Συστημάτων VLSI (CARV) του Ινστιτούτου Πληροφορικής του ΙΤΕ γιά την ισχυρή υποστήριξη προς το μάθημα αυτό, τόσο -και κύρια- με έμψυχο δυναμικό όσο και με εργαστηριακό εξοπλισμό. Επίσης ευχαριστούμε το Πανεπιστημιακό Πρόγραμμα της εταιρείας Xilinx (XUP) γιά την προσφορά εργαστηριακού εξοπλισμού και εργαλείων σχεδίασης σε ακαδημαϊκές τιμές.

We deeply appreciate the strong support provided to this course by the Computer Architecture and VLSI Systems (CARV) Laboratory of the Institute of Computer Science of FORTH, through -primarily- human resources, as well as with laboratory equipment. We also thank the Xilinx University Program (XUP) for providing laboratory equipment and design tools at academic prices.

Πρόγραμμα και Υλικό Διαλέξεων (Schedule and Lecture Notes)

Ημερομηνία	Περιγραφή	Σημειώσεις/Παρουσιάσεις
28 Σεπ.	Εισαγωγή	Slides
01 Οκτ.	Λογικές Πύλες, Στοιχεία Μνήμης, Συνδυαστική Λογική και Κυματομορφές	Slides
12 Οκτ.	Verilog: Τα βασικά	Slides
15 Οκτ.	Verilog: Τα βασικά (συνέχεια...)	Slides από 12 Οκτ.
19 Οκτ.	Verilog: Τα βασικά (συνέχεια...)	Slides από 12 Οκτ.
22 Οκτ.	Verilog: Μια πιο κοντινή ματιά	Slides
26 Οκτ.	Verilog: Μια πιο κοντινή ματιά (συνέχεια...)	Slides από 22 Οκτ.
29 Οκτ.	Xilinx Vivado και Προσομοίωση (Ι.Μαστοράκης & Σ.Τοτόμης)	Slides
2 Νοε.	Verilog: Στύλ Κώδικα και Synthesizable Verilog	Slides
5 Νοε.	Verilog: Στύλ Κώδικα και Synthesizable Verilog (συνέχεια...)	Slides από 2 Νοε.
16 Νοε.	Verilog: Στύλ Κώδικα και Synthesizable Verilog (συνέχεια...)	Slides από 2 Νοε.
19 Νοε.	Verilog: Στύλ Κώδικα και Synthesizable Verilog (συνέχεια...)	Slides από 2 Νοε.
23 Νοε.	Verilog: Στύλ Κώδικα και Synthesizable Verilog (συνέχεια...)	Slides από 2 Νοε.
26 Νοε.	Χρονισμός Σύγχρονων Κυκλωμάτων, Καταχωρητές και Μανταλωτές	Slides
03 Δεκ.	Xilinx Vivado και Προσομοίωση #2 (Ι.Μαστοράκης & Σ.Τοτόμης)
07 Δεκ.	Χρονισμός Σύγχρονων Κυκλωμάτων, Καταχωρητές και Μανταλωτές (συνέχεια...)	Slides από 26 Νοε.
10 Δεκ.	Μηχανές Πεπερασμένων Καταστάσεων - FSM	Slides
14 Δεκ.	Στατικές Μνήμες: SRAM	Slides
17 Δεκ.	Δυναμικές Μνήμες: DRAM	Slides
21 Δεκ.	Ροή Σχεδίασης και Εργαλεία CAD	Slides
21 Ιαν. 2021	Τελική Εξέταση (30%) - Πέμπτη 21 Ιανουαρίου 2021: 11.00 - 14.00

Σημειώσεις, Εγχειρίδια και Σύνδεσμοι (Notes, Manuals and Links)

Web-based Verilog Simulation Tools (for small experiments):
EDA Playground [also Waves (beta) with EPWave]
TutorialPoints Verilog
Open-Source Simulator: Icarus Verilog (iverilog) (Linux, MacOS)
Σε πολλές διανομές Linux (π.χ. Ubuntu, Debian, κτλ) το Icarus Verilog υπάρχει στα έτοιμα πακέτα που μπορούν να εγκατασταθούν:
```
sudo apt-get install verilog
```
Σε MacOS μπορείτε να το εγκαταστήσετε χειροκίνητα ή με package managers όπως το Homebrew:
```
brew install icarus-verilog
```
Open VCD Waveform Viewers: GTKWave (Linux, MacOS, Win) ή Scansion (MacOS)
Σε πολλές διανομές Linux (π.χ. Ubuntu, Debian, κτλ) το GTKwave υπάρχει στα έτοιμα πακέτα που μπορούν να εγκατασταθούν:
```
sudo apt-get install gtkwave
```
Για να δείτε κυματομορφές από προσομοιώσεις με iverilog θα πρέπει να γεννήσει η προσομοίωση αρχεία τύπου VCD (Value Change Dump). Για να γεννηθούν VCD αρχεία θα πρέπει απλά να προσθέσετε στο testbench σας τις παρακάτω γραμμές στην αρχή του initial block:

initial begin
  $dumpfile("tb_waves.vcd");
  $dumpvars;

  // your other code below

  ...

end

Εργαστηριακές Ασκήσεις (Laboratory Exercises)

Ημερομηνία	Περιγραφή	Εκφώνηση/Υλικό	Προθεσμία
23 Νοε.	1η Σειρά Ασκήσεων	Εκφώνηση Κώδικας	04 Δεκ. 23:59
10 Δεκ.	2η Σειρά Ασκήσεων	Εκφώνηση Κώδικας	21 Δεκ. 23:59
08 Ιαν.	3η Σειρά Ασκήσεων	Εκφώνηση Κώδικας	31 Ιαν. 23:59
08 Ιαν.	4η Σειρά Ασκήσεων	Εκφώνηση Κώδικας	31 Ιαν. 23:59

Εργαστηριακά Τμήματα και Ώρες (Lab Sessions)

TBA

Σελίδες Παλαιοτέρων Ετών (Websites from Previous Years)

Fall 2019, Fall 2018, (taught by V. Papaefstathiou)
Fall 2017, (taught by V. Papaefstathiou and G. Kalokerinos)
Fall 2016, Fall 2015, Fall 2014, Fall 2013 (taught by G. Kalokerinos)
Fall 2012, Fall 2011, Fall 2010 (taught by C. Sotiriou)
Fall 2009 (taught by C. Kachris)
Fall 2008 (taught by G. Dimitrakopoulos)
Fall 2007, Fall 2006 (taught by V. Papaefstathiou and G. Kalokerinos)
Fall 2005 (taught by I. Mavroidis)
Fall 2003, Fall 2001 (taught by G. Kalokerinos, C. Sotiriou, and I. Papaefstathiou)

ΗΥ220: Εργαστήριο Ψηφιακών Κυκλωμάτων (2020)

Τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών, Πανεπιστήμιο Κρήτης