CS220: Digital Circuits Lab (Spring 2023)

Πρόγραμμα Διαλέξεων και Εργαστηρίων (Schedule)

Ώρες Διδασκαλίας:	Δευτέρα 14.15 - 16:00 στην αίθουσα Α.125
	Τετάρτη 14.15 - 16:00 στην αίθουσα Α.125
Ώρες Εργαστηρίων:	(A) Πέμπτη 15:00 - 16:00 στην αίθουσα Β.110
	(B) Πέμπτη 16:00 - 17:00 στην αίθουσα Β.110
	(Γ) Πέμπτη 17:00 - 18:00 στην αίθουσα Β.110
	(Δ) Παρασκευή 16:00 - 17:00 στην αίθουσα Β.110
	(E) Παρασκευή 17:00 - 18:00 στην αίθουσα Β.110
Ώρες Γραφείου:	Κατόπιν συνεννόησης @ K319

Διδακτικό Προσωπικό (Course Staff)

Διδάσκοντες	Βοηθοί
Βασίλης Παπαευσταθίου	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: 65% (βαθμός > 4.5) Τελική Εξέταση: 35% (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
06 Φεβ.	Εισαγωγή	Slides
08 Φεβ.	Λογικές Πύλες, Στοιχεία Μνήμης, Συνδυαστική Λογική και Κυματομορφές	Slides
13 Φεβ.	Verilog: Τα βασικά	Slides
15 Φεβ.	Verilog: Τα βασικά (συνέχεια...)	Slides από 13 Φεβ.
20 Φεβ.	Verilog: Τα βασικά (συνέχεια...)	Slides από 13 Φεβ.
22 Φεβ.	Verilog: Μια πιο κοντινή ματιά	Slides
01 Μαρ.	Verilog: Μια πιο κοντινή ματιά (συνέχεια...)	Slides από 22 Φεβ.
06 Μαρ.	Verilog: Στύλ Κώδικα και Synthesizable Verilog	Slides
08 Μαρ.	Verilog: Στύλ Κώδικα και Synthesizable Verilog (συνέχεια...)	Slides από 06 Μαρ.
13 Μαρ.	Vivado και Προσομοίωση (Σ.Τοτόμης)	Slides
15 Μαρ.	Verilog: Στύλ Κώδικα και Synthesizable Verilog (συνέχεια...)	Slides από 06 Μαρ.
20 Μαρ.	Μηχανές Πεπερασμένων Καταστάσεων - FSM	Slides
22 Μαρ.	Μηχανές Πεπερασμένων Καταστάσεων - FSM (συνέχεια...)	Slides από 20 Μαρ.
27 Μαρ.	Χρονισμός Σύγχρονων Κυκλωμάτων, Καταχωρητές και Μανταλωτές	Slides
29 Μαρ.	Χρονισμός Σύγχρονων Κυκλωμάτων, Καταχωρητές και Μανταλωτές (συνέχεια...)	Slides από 27 Μαρ.
03 Απρ.	Χρονισμός Σύγχρονων Κυκλωμάτων, Καταχωρητές και Μανταλωτές (συνέχεια...)	Slides από 27 Μαρ.
05 Απρ.	Στατικές Μνήμες: SRAM	Slides
24 Απρ.	Στατικές Μνήμες: SRAM (συνέχεια...)	Slides απο 05 Απρ.
26 Απρ.	Δυναμικές Μνήμες: DRAM	Slides
03 Μαι.	Δυναμικές Μνήμες: DRAM (συνέχεια...)	Slides απο 26 Απρ.
08 Μαι.	Ροή Σχεδίασης και Εργαλεία CAD	Slides
15 Μαι.	Ροή Σχεδίασης και Εργαλεία CAD (συνέχεια...)	Slides απο 08 Μαι.
17 Μαι.	Ρολόγια και Χρονισμός	Slides
31 Μαι. 2023	Τελική Εξέταση (35%) - Τετάρτη 31 Μαϊου 2023: 09.30 - 12.30 στο Αμφ. ΣΟ

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
Vivado στα μηχανήματα του Τμήματος (Quick Guide)
```
cp -r ~hy220/tools/example .
cd example
source setup.sh
```
Για περισσότερες λεπτομέρειες δείτε το README.txt που υπάρχει στο φάκελο example.
Προσομοίωση σε command line:
```
make
```
Κυματομορφές μετά απο command line προσομοίωση:
```
make waves
```
Προσομοίωση και κυματομορφές με το γραφικό περιβάλλον:
```
make gui
```

Ασκήσεις και Εργαστήρια (Exercises and Labs)

Ημερομηνία	Περιγραφή	Εκφώνηση/Υλικό	Προθεσμία
20 Μαρ.	Εργαστηριo 0: Εξοικείωση με προσομοίωση, εργαλεία προγραμματισμού FPGA και την πλακέτα	Εκφώνηση Κώδικας	Εβδομάδα 20/03 έως 24/03
22 Μαρ.	Εργαστηριo 1: Χρονισμός VGA	Εκφώνηση Κώδικας	Εβδομάδα 27/03 έως 31/03 και Εβδομάδα 03/04 έως 07/04
03 Απρ.	Εργαστηριo 2: Λαβύρινθος στη VGA	Εκφώνηση Κώδικας	Εβδομάδα 24/04 έως 28/04 και Εβδομάδα 02/05 έως 05/05
02 Μαι.	Εργαστηριo 3: Μηχανή Ελέγχου για τον Λαβύρινθο	Εκφώνηση Κώδικας	Εβδομάδα 08/05 έως 12/05 και Εβδομάδα 15/05 έως 19/05

Εργαστηριακά Τμήματα και Ώρες (Lab Sessions)

(Α) Πέμπτη 15:00 - 16:00	(Β) Πέμπτη 16:00 - 17:00	(Γ) Πέμπτη 17:00 - 18:00	(Δ) Παρασκευή 16:00 - 17:00	(Ε) Παρασκευή 17:00 - 18:00
4742	4492	4783	4987	4081
3022	4278	4773	4426	4789
----	3918	4848	4997	4814
----	4603	4769	3766	4709
----	4335	4186	4805	4738
----	4134	3630	5013	4555
----	3814	4677	5076	4804
----	3967	4604	4322	4692

Σελίδες Παλαιοτέρων Ετών (Websites from Previous Years)

Spring 2022 (taught by V. Papaefstathiou)
Fall 2020, 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 (Εαρινό 2023)

Τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών, Πανεπιστήμιο Κρήτης