CS220: Digital Circuits Lab (Spring 2024)

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) Δευτέρα 16:00 - 17:00 στην αίθουσα Β.110
	(B) Δευτέρα 17:00 - 18:00 στην αίθουσα Β.110
	(Γ) Πέμπτη 16:00 - 17:00 στην αίθουσα Β.110
	(Δ) Πέμπτη 17:00 - 18:00 στην αίθουσα Β.110
	(E) Πέμπτη 18:00 - 19:00 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
05 Φεβ.	Εισαγωγή	Slides
07 Φεβ.	Λογικές Πύλες, Στοιχεία Μνήμης, Συνδυαστική Λογική και Κυματομορφές	Slides
14 Φεβ.	Verilog: Τα βασικά	Slides
19 Φεβ.	Verilog: Τα βασικά (συνέχεια...)	Slides από 14 Φεβ.
21 Φεβ.	Vivado και Προσομοίωση (Σ.Τοτόμης)	Slides
26 Φεβ.	Verilog: Μια πιο κοντινή ματιά	Slides
28 Φεβ.	Verilog: Μια πιο κοντινή ματιά (συνέχεια...)	Slides από 26 Φεβ.
04 Μαρ.	Verilog: Στύλ Κώδικα και Synthesizable Verilog	Slides
06 Μαρ.	Verilog: Στύλ Κώδικα και Synthesizable Verilog (συνέχεια...)	Slides από 04 Μαρ.
11 Μαρ.	Verilog: Στύλ Κώδικα και Synthesizable Verilog (συνέχεια...)	Slides από 04 Μαρ.
13 Μαρ.	Verilog: Στύλ Κώδικα και Synthesizable Verilog (συνέχεια...)	Slides από 04 Μαρ.
20 Μαρ.	Μηχανές Πεπερασμένων Καταστάσεων - FSM	Slides
27 Μαρ.	Μηχανές Πεπερασμένων Καταστάσεων - FSM (συνέχεια...)	Slides από 20 Μαρ.
01 Απρ.	Χρονισμός Σύγχρονων Κυκλωμάτων, Καταχωρητές και Μανταλωτές	Slides
03 Απρ.	Χρονισμός Σύγχρονων Κυκλωμάτων, Καταχωρητές και Μανταλωτές (συνέχεια...)	Slides από 01 Απρ.
08 Απρ.	Χρονισμός Σύγχρονων Κυκλωμάτων, Καταχωρητές και Μανταλωτές (συνέχεια...)	Slides από 01 Απρ.
10 Απρ.	Στατικές Μνήμες: SRAM	Slides
15 Απρ.	Στατικές Μνήμες: SRAM (συνέχεια...)	Slides απο 10 Απρ.
17 Απρ.	Δυναμικές Μνήμες: DRAM	Slides
22 Απρ.	Δυναμικές Μνήμες: DRAM (συνέχεια...)	Slides απο 17 Απρ.
24 Απρ.	Ροή Σχεδίασης και Εργαλεία CAD	Slides
13 Μαι.	Ροή Σχεδίασης και Εργαλεία CAD (συνέχεια...)	Slides απο 08 Μαι.
15 Μαι.	Ρολόγια και Χρονισμός	Slides
12 Ιουν.	Τελική Εξέταση (35%) - Τετάρτη 12 Ιουνίου 2024: 13.30 - 16.30 στο Αμφ. ΣΟ

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

Verilog Coding Guidelines:
HY220 SystemVerilog Coding Styles
Web-based Verilog/SystemVerilog Simulation Tools (for small experiments):
EDA Playground [also Waves (beta) with EPWave]
TutorialPoints Verilog
Open-Source Verilog/SystemVerilog Simulators: Updated
Verilator (Linux, MacOS)
Icarus Verilog (iverilog) (Linux, MacOS)

Σε πολλές διανομές Linux (π.χ. Ubuntu, Debian, κτλ) ο Verilator και ο Icarus Verilog υπάρχουν στα έτοιμα πακέτα που μπορούν να εγκατασταθούν:
```
sudo apt-get install verilator
sudo apt-get install iverilog
```
Σε MacOS μπορείτε να το εγκαταστήσετε χειροκίνητα ή με package managers όπως το Homebrew:
```
brew install verilator
brew install icarus-verilog
```
Για προσομοίωση με τον Verilator θα πρέπει να έχετε έκδοση >= 5.012, ιδανικά έκδοση >= 5.020 (παλαιότερες εκδόσεις δεν είναι κατάλληλες για το μάθημα).
Για προσομοίωση με τον Icarus Verilog θα πρέπει να έχετε έκδοση >= 11, ιδανικά έκδοση >= 12 (παλαιότερες εκδόσεις δεν είναι κατάλληλες για το μάθημα).
Open-Source VCD Waveform Viewers:
GTKWave (Linux, MacOS, Win)

Σε πολλές διανομές Linux (π.χ. Ubuntu, Debian, κτλ) το GTKwave υπάρχει στα έτοιμα πακέτα που μπορούν να εγκατασταθούν:
```
sudo apt-get install gtkwave
```
Σε MacOS μπορείτε να το εγκαταστήσετε χειροκίνητα ή με package managers όπως το Homebrew:
```
brew install gtkwave
```
Για να δείτε κυματομορφές από προσομοιώσεις 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 (αν δεν υπάρχουν ήδη):

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

  // your other code below

  ...

end
Προσομοιώσεις Verilog/SystemVerilog στα μηχανήματα του Τμήματος New
Υποστηρίζονται τα εξής εργαλεία:

Verilator (v5.020)

Icarus Verilog (v12)

Xilinx/AMD Vivado (v2018.3)

GTKWave (v3.3.117)
Σύντομος Οδηγός:
```
cp -r ~hy220/tools/example .
cd example
source setup.sh
export HY220_SIMULATOR=verilator
```
Για περισσότερες λεπτομέρειες δείτε το README.txt που υπάρχει στο φάκελο example.
Προσομοίωση σε command line:
```
make
```
Κυματομορφές μετά απο command line προσομοίωση:
```
make gwaves
```

Ασκήσεις και Εργαστήρια (Exercises and Labs)

Ημερομηνία	Περιγραφή	Εκφώνηση/Υλικό	Προθεσμία
16 Μαρ.	Εργαστηριo 0: Εξοικείωση με προσομοίωση, εργαλεία προγραμματισμού FPGA και την πλακέτα	Εκφώνηση Κώδικας	Εβδομάδα 19/03 έως 22/03 και Εβδομάδα 26/03 έως 29/03
26 Μαρ.	Εργαστηριo 1: Χρονισμός VGA	Εκφώνηση Κώδικας	Εβδομάδα 01/04 έως 05/04 και Εβδομάδα 08/04 έως 12/04
09 Απρ.	Εργαστηριo 2: Λαβύρινθος στη VGA	Εκφώνηση Κώδικας	Εβδομάδα 15/04 έως 19/04 και Εβδομάδα 22/04 έως 26/04
24 Απρ.	Εργαστηριo 3: Μηχανή Ελέγχου για τον Λαβύρινθο	Εκφώνηση Κώδικας	Εβδομάδα 13/05 έως 17/05 και Εβδομάδα 20/05 έως 24/05

Εργαστηριακά Τμήματα και Ώρες (Lab Sessions)

(Γκρουπ Α) Δευτέρα 16:00 - 17:00	(Γκρουπ Β) Δευτέρα 17:00 - 18:00	(Γκρουπ Γ) Πέμπτη 16:00 - 17:00	(Γκρουπ Δ) Πέμπτη 17:00 - 18:00	(Γκρουπ Ε) Πέμπτη 18:00 - 19:00
4653	4642	5124	4579	5050
3791	4917	3949	5036	4680
5205	5067	5109	4257	4402
4897	4464	3665	4647	4366
5002	4582	5031	4487	4800
4704	4720	4661	3384	----
5061	4617	4803	4541	----
4542	3632	4281	4621	----

Σελίδες Παλαιοτέρων Ετών (Websites from Previous Years)

Spring 2023, 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 2024)

Τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών, Πανεπιστήμιο Κρήτης

Πρόγραμμα Διαλέξεων και Εργαστηρίων (Schedule)

Διδακτικό Προσωπικό (Course Staff)

Πληροφορίες Μαθήματος (Course Info)

Πρόγραμμα και Υλικό Διαλέξεων (Schedule and Lecture Notes)

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

Verilog Coding Guidelines:

Web-based Verilog/SystemVerilog Simulation Tools (for small experiments):

Open-Source Verilog/SystemVerilog Simulators: Updated

Open-Source VCD Waveform Viewers:

Προσομοιώσεις Verilog/SystemVerilog στα μηχανήματα του Τμήματος New

Ασκήσεις και Εργαστήρια (Exercises and Labs)

Εργαστηριακά Τμήματα και Ώρες (Lab Sessions)

Σελίδες Παλαιοτέρων Ετών (Websites from Previous Years)