CC BY
103Компоненты и технологии, № 1'2003 Софт
Новая версия свободно распространяемого пакета проектирования WebPACK 1БЕ
фирмы Xilinx
В предыдущем номере журнала завершено рассмотрение основных этапов процесса проектирования цифровых устройств на основе ПЛИС фирмы Xilinx, выполняемого в рамках пакета САПР WebPACK ISE (Integrated Synthesis Environment). В публикациях цикла [2-12] была представлена версия 4.2i этой системы проектирования. В настоящее время стала доступной новая версия САПР — WebPACK ISE 5.1i. Цель настоящей публикации — познакомить разработчиков цифровых устройств с основными отличиями WebPACK ISE 5.1i от предыдущей версии данного пакета.
Валерий Зотов
Отличительными особенностями новой версии пакета от предыдущей являются:
• расширение списка поддерживаемых кристаллов;
• повышение производительности, сокращающее время разработки проектируемого устройства;
• расширение функциональных возможностей программ пакета;
• модернизация средств размещения и трассировки проекта в кристалле, позволяющая получить более высокий уровень оптимизации результатов этих процессов;
• включение в состав пакета новых инструментов, повышающих эффективность и наглядность процесса проектирования;
• усовершенствование пользовательского интерфейса программ пакета;
• использование новой версии системы HDL-моделирования ModeSim XEII Starter в составе САПР;
• поддержка средствами программирования всего спектра кристаллов, выпускаемых фирмой Xilinx. Прежде чем приступить к более подробному рассмотрению новых возможностей пакета WebPACK ISE, следует обратить внимание на требования, предъявляемые к программным и аппаратным средствам используемого компьютера.
Требования к операционной системе и аппаратным ресурсам компьютера
Версия 5.1i пакета WebPACK ISE предназначена для работы под управлением операционных систем Windows 2000 и Windows XP. Исключение поддержки операционной системы Windows 98 делает невозможным установку новой версии средств проектирования на компьютеры, не обладающие достаточными ресурсами для использования указанных операционных систем. Если предыдущая версия пакета (4.2i) использовалась под управлением ОС Windows 98, то прежде, чем приступать к ее замене на 5.1i, рекомендуется оценить возможность установки операционной системы Windows 2000
или Windows XP на используемый компьютер. При несоответствии аппаратных ресурсов требованиям, предъявляемым со стороны указанных операционных систем, следует по-прежнему работать с предыдущей версией пакета WebPACK ISE (если не требуются новые кристаллы) или выполнить модернизацию (или замену) используемого ПК.
Для нормального функционирования пакета WebPACK ISE в Windows 2000 необходим компьютер с процессором не ниже Pentium 200 МГц и ОЗУ не менее 64 Мбайт. Размер свободного пространства на жестком диске для установки WebPACK ISE и ModelSim XE Starter в полном объеме должен составлять не менее 1 Гайт. Кроме того, при установке пакета жесткий диск, который обычно используется для создания временных файлов, должен иметь не менее 500 МБ свободного пространства.
Получение и установка версии 5.1i пакета WebPACK ISE
Для получения программного обеспечения WebPACK ISE необходимо открыть страницу www.xilinx.com/sxpresso/webpack.htm и выполнить процедуру бесплатной регистрации, воспользовавшись кнопкой Register for ISE WebPACK. При этом пользователю присваивается введенный им идентификационный код (UserID) и пароль (Password), которые затем следует указать при выполнении процедуры скачивания пакета или его обновлений. Если эта процедура уже однажды выполнялась, то повторной регистрации не требуется. Достаточно воспользоваться уже имеющимися идентификационным кодом и паролем. Для этого следует нажать кнопку Download ISE WebPACK. Учитывая большой объем копируемых данных, рекомендуется использовать специальные программы скачивания, позволяющие продолжить этот процесс после разрыва и восстановления соединения с сервером.
Дистрибутив версии 5.1i пакета включает в себя два файла, каждый из которых представляет собой
Компоненты и технологии, № 1'2003
Рис. 3. Отображение результатов синтеза на RTL-уровне в схемотехнической форме
самораспаковывающийся архив. После их копирования следует поочередно запустить на выполнение каждый из полученных файлов. По окончании распаковки каждого архива автоматически запускается процесс установки WebPACK ISE или ModelSim XE II Starter, в ходе которого необходимо последовательно выполнить все инструкции каждой программы инсталляции.
Как уже указывалось ранее [1, 9], для функционирования системы моделирования ModelSim XEIIStarter необходим файл лицензии. При обновлении этой системы можно использовать старый лицензионный код, полученный для предыдущих версий ModelSim XE Starter. Для этого достаточно запустить программу Licensing Wizard и с ее помощью указать расположение имеющегося файла лицензии license.dat. Если система моделирования устанавливается впервые, то для получения лицензионного файла следует выполнить определенную процедуру [9].
Обновление программных средств пакета теперь выполняется с помощью модулей Service Pack, которые следует скопировать, обратившись на страницу www.xilinx.com/support/ и воспользовавшись идентификационным кодом и паролем, указанными ранее, в процессе регистрации. Полученный модуль обновления устанавливается поверх существующей версии. Для обновления предыдущих версий требовалось выполнить процедуры деинсталляции и повторной установки обновленного пакета. Благодаря тому что размер модулей обновления Service Pack в несколько раз меньше объема пакета, временные затраты на модернизацию САПР значительно сокращаются.
Поддерживаемые кристаллы в пакете WebPACK ISE
Система сквозного проектирования WebPACK ISE 5.1i позволяет реализовать полный цикл разработки цифровых устройств на основе ПЛИС фирмы Xilinx следующих семейств:
• CPLD: XC9500 (XC9536, XC9572, XC95108, XC95144, XC95216, XC95288), XC9500XL (XC9536XL, XC9572XL, XC95144XL,
XC95288XL), XC9500XV (XC9536XV, XC9572XV, XC95144XV, XC95288XV),
CoolRunner XPLA3 (XCR3032XL,
XCR3064XL, XCR3128XL, XCR3256XL, XCR3384XL, XCR3512XL), CoolRunner-II (XC2C32, XC2C64, XC2C128, XC2C256, XC2C384, XC2C512);
• FPGA: Spartan-II™ (XC2S15, XC2S30, XC2S50, XC2S100, XC2S150, XC2S200), Spartan-IIE (XC2S50E, XC2S100E, XC2S150E, XC2S200E, XC2S300E), Virtex-E (XCV50E, XCV100E, XCV200E, XCV300E), Virtex-II (2V40, 2V80 и 2V250), Virtex-II Pro (XC2VP2).
Кроме того, модуль программирования пакета iMPACT может применяться для конфигурирования практически всех кристаллов, выпускаемых фирмой Xilinx. Для создания конфигурационной последовательности при этом используются другие средства проектирования, предоставляемые фирмой Xilinx.
Изменения в структуре проекта и маршруте проектирования
В версии 5.1i пакета WebPACK ISE модуль временных и топологических ограничений (файл UCF) явно входит в состав проекта. Для его создания используется стандартная процедура подготовки нового модуля проекта, подробно рассмотренная ранее [2], после выполнения которой в окне исходных модулей (Sources in Project) отображается строка с названием файла и соответствующая пиктограмма. Для модификации этого модуля в текстовом режиме теперь используется встроенный HDL-редактор Навигатора проекта (Project Navigator). При этом рекомендуется воспользоваться механизмом шаблонов HDL-редактора [13]. В отличие от предыдущей версии, редактор шаблонов включает в себя помимо шаблонов языков HDL дополнительную папку UCF, в которой находятся образцы основных конструкций временных и топологических ограничений проекта (рис. 1). Все шаблоны в папке разделены на группы в соответствии с их функциональным назначением.
Кроме уже знакомого редактора временных и топологических ограничений Constraints Editor для формирования файла UCF в проектах, реализуемых на базе ПЛИС семейств FPGA, может использоваться новый инструмент PACE (Pinout and Area Constraints Editor), который будет рассмотрен далее.
В маршруте проектирования, отображаемом в окне процессов (Processes for Current Source) Навигатора проекта, добавлены позиции (опции), предоставляющие дополнительные возможности в процессе разработки устройства. В частности, новая версия WebPACK ISE позволяет получить представление результатов синтеза на уровне RTL (Register Transfer Level) в схемотехнической форме. Для просмотра этой формы результатов синтеза следует в окне процессов (рис. 2) поместить курсор на строку View RTL Schematic и дважды щелкнуть левой кнопкой мыши.
1 Source: in Protect
В 0 ¡c2_ В В □ xcï В @| sch readme 5144>d-5tq100 -XST 3) jc2_test.vhd /HDL I
•СмоЛіе Vtew I a Snapshot View I^J Library Vi««
d*J
Processes for Current Source:
B- & Design Entry UtiHies
Q f Create Schematic Symbol
n Launch ModelS im Simulator
5l View Command Line Log File
Gc? Check Design Rules [3] View VHDL Functional Model
[^1 View VHDL Instantiation Template
- & User Constraints
n Create T ning Constraints
n Assign Package Pins
n Edit Constraints (Text)
B G<^ Synthesize
[?) View Synthesis Report
□ HSBEireHnaa
Analyze Hierarchy 0J O ? Implement Design SO? Generate Programming Fie ...........□ Generate JTAG File
□ Configure Device (iMPACT)
•l* Process View Г
Рис. 2. Отображение маршрута проектирования в рабочей области Навигатора проекта
При этом открывается окно схемотехнического редактора Engineering Capture System (ECS), в котором отображается RTL-представление проекта. В этом режиме на странице Design панели дополнительных параметров редактора ECS представлена информация об иерархической структуре и элементах проекта (рис. 3).
е
Компоненты и технологии, № 1'2003
Модификация пользовательского интерфейса программ пакета ШеЬРДСК 1БЕ
Изменения пользовательского интерфейса управляющей оболочки пакета WebPACK ^ Навигатора проекта в основном коснулись диалоговых панелей параметров процессов.
При определении параметров нового проекта информация о типе используемого кристалла, его быстродействии и корпусе задается раздельно (рис. 4). Представление этих данных в виде самостоятельных параметров позволяет более точно указать допустимые варианты в случае автоматического выбора программами размещения и трассировки быстродействия ПЛИС и типа корпуса.
Рис. 5. Рабочее окно интегрированного текстового редактора Навигатора проекта
коряет процесс отладки создаваемых модулей исходного описания проектируемого устройства, облегчая поиск строк кода, содержащего ошибки (рис. 5). Возможность отображения рабочих окон редактора в полноэкранном режиме (без привязки к фиксированной области Навигатора проекта) упрощает работу с файлами большого объема.
В схемотехническом редакторе панель библиотечных элементов объединена с панелью дополнительных параметров, каждая из которых теперь отображается в виде отдельной страницы Symbols и Options (рис. 1). Усовершенствование механизма управления масштабом изображения в рабочей области редактора ECS позволяет сократить временные затраты при создании схем и условных графических образов (УГО). После изменения масштаба изображения автоматически восстанавливается предыдущий режим работы редактора. Расширены возможности «мастера» подготовки УГО для компонентов и функциональных блоков проектируемого устройства Symbol Wizard. Средства автоматического создания УГО позволяют указать расположение выводов и основные размеры формируемого символа (рис. 6).
Рис. 4. Диалоговая панель параметров нового проекта
В диалоговую панель параметров процесса полного временного моделирования, выполняемого в системе ModelSim XE II Starter, включена опция автоматического создания файла результатов моделирования в формате VCD (Value Change Dump), который используется программой оценки потребляемой мощности XPower. Таким образом, исключается необходимость внесения изменений в командный файл [12], выполняемый автоматически при вызове программы моделирования ModelSim. Усовершенствован пользовательский интерфейс и самой системы ModelSim XE II Starter. В состав всплывающих меню включены новые команды, обеспечивающие более эффективный и прозрачный механизм управления процессом моделирования и отображением полученных результатов.
В окне интегрированного текстового редактора Навигатора проекта предусмотрен режим нумерации строк. Отображение номеров строк в окне редактирования значительно ус-
Рис. 6. Диалоговая панель параметров «мастера»
подготовки УГО Symbol Wizard
Отчеты (Report) о результатах выполнения этапов реализации и временного анализа проектов, выполняемых на основе ПЛИС семейств CPLD, могут отображаться не только в текстовом, но и в формате HTML.
Расширение функциональных возможностей программ пакета WebPACK ISE
Модуль iMPACT, предназначенный для загрузки конфигурационной последовательности в кристаллы ПЛИС или ППЗУ, позволяет также создавать файлы «прошивки» ПЗУ/ППЗУ в стандартных промышленных форматах, поддерживаемых различными аппаратными программаторами. В предыдущих версиях пакета WebPACK ISE эта процедура выполнялась с помощью утилиты PROM File Formatter, которая в новой версии отсутствует. Использование «мастера» определения исходных параметров создаваемого модуля «прошивки» упрощает и ускоряет процесс генерации файлов программирования.
В программе генерации тестовых модулей HDL Bencher включена поддержка проектов, в которых используется несколько частот син-
— IVbximum т output delay
Clock i high for
Mnimum Д input setup
Clock low fa
Oocfclfiwg IrpUj are esngnod Ы 'гри» ««up Iw' and oufjxis are checked а» сх/ри vald delay' (• RnngEdge Г FatngEdge С Ouai Edge (DOR deftpnl Design Ijpe SingtoOocV |<* jJ MiAple Oocks С Ccmbinatonal D*agn (<* ríetnil dock)
Qod. tigh l*ne 150 ra □осі. low One I50 n* Іпріі міф One 110 m Output vaid delay |W rw QH«e» HO гм Г • vyj InoUli trt aiir?*d at decode Ihen checked A d-і»,1 barreen rxr.f i егЛ estpJi crrri-. tnVjrrrKrtJrine&jr*) CCrfKf.t Z-.'-'X 'rtpfi |50 m Vlr e-.pj-i roa t.ivjrtrpfi |50 m VIeajpt
- ПІ** (Vertag Or.*,« Г РЯІD |ГИ DJ Г fiSR (TPíiA) Tme Scale |m J Г Add Aqmdvoooui Signal Sipport
1 ДО 1 1 £«nc«1 1 Hafe 1
Рис. 7. Диалоговая панель инициализации временных параметров генератора тестов HDL Bencher
хронизации. Для проектов, выполняемых на основе кристаллов семейства CoolRunner-II, предоставляется возможность выбора в качестве вида синхронизации тактирование фронтом и спадом управляющего сигнала. В новой редакции программы HDL Bencher предусмотрена также возможность поддержки асинхронных сигналов. Все указанные дополнительные возможности генератора тестов HDL Bencher отражены в диалоговой панели инициализации временных параметров, вид которой показан на рис. 7.
Новые инструменты пакета WebPACK ISE
К новым программным модулям, включенным в состав пакета WebPACK ISE версии 5.1i, относятся графический редактор назначения выводов кристалла и формирования топологических ограничений проекта PACE и «мастер» подготовки описаний блоков синхронизации, выполняемых на основе DCM (Digital Clock Managers), Architecture Wizard. Рассмотрим подробнее назначение и возможности этих программных средств.
Программа PACE представляет собой интерактивный графический редактор, предназначенный для формирования и модификации в наглядном виде топологических ограничений для различных элементов проекта (в том числе иерархических), которые реализуются на базе кристаллов семейств FPGA. Этот инструмент позволяет:
• в интерактивном режиме определить выводы ПЛИС, предназначенные для подключения соответствующих интерфейсных цепей проектируемого устройства;
• отобразить в наглядной форме топологию ресурсов используемого кристалла;
• оценить трассировочные и логические ресурсы ПЛИС, необходимые для реализации проекта или его иерархических компонентов;
• визуально указать допустимое расположение элементов и функциональных блоков описания разрабатываемого устройства в структуре кристалла, используемого для его реализации;
Компоненты и технологии, № 1'2003
Рис. 8. Внешний вид основного окна интерактивного графического редактора назначения выводов ПЛИС и формирования топологических ограничений PACE
Рис. 9. Внешний вид окон отображения топологии выводов и условных обозначений контактов кристалла в интерактивном графическом редакторе ограничений PACE
• отобразить результаты компоновки проекта в кристалле с учетом заданных топологических ограничений.
Все изменения в топологии элементов проекта, выполненные в программе PACE в графической форме, преобразуются в выражения ограничений, которые заносятся в соответствующий файл UCF. При использовании функции назначения контактов кристалла можно указывать не только номер вывода ПЛИС, но и номер банка ввода-вывода. В процессе закрепления выводов кристалла можно указать соответствующий тип цифрового сигнального стандарта. Встроенные средства контроля PACE осуществляют проверку выполняемых назначений, что позволяет исключить возможные ошибки в этом процессе.
Пользовательский интерфейс интерактивного графического редактора PACE включает шесть окон (рис. 8):
• основное окно (Main Window);
фейсных цепей проектов, тип цифрового сигнального стандарта для выбранного вывода кристалла. Информация, задаваемая в табличной форме, отображается в соответствующем графическом окне. Окно отображения архитектуры кристалла представляет абстрактную структуру ПЛИС, которая используется для реализации проекта. На этом условном изображении с помощью мыши можно указать допустимое расположение элементов, выбранных в окне обозревателя иерархической структуры проекта или окне списка объектов. В окне отображения топологии выводов кристалла (рис. 9) показано расположение всех контактов ПЛИС для выбранного типа корпуса. Каждой функциональной группе контактов кристалла соответствует определенное условное изображение и цвет. Полный список обозначений для всех типов выводов ПЛИС приведен в окне условных обозначений контактов кристалла. Цветовая маркировка условных образов выводов обеспечивает необходимую наглядность схемы расположения контактов кристалла. В процессе работы редактора PACE выполняется динамическое обновление окон. При внесении изменений в одном из окон PACE они сразу же отображаются в соответствующем виде в других окнах этой программы.
«Мастер» Architecture Wizard позволяет автоматизировать процесс разработки описаний блоков синхронизации, которые создаются на основе цифровых модулей управления сигналами синхронизации DCM кристаллов семейств Virtex-II и Virtex-II Pro. Значения исходных параметров сигналов синхронизации, необходимые для конфигурирования DCM, указываются в диалоговой панели Architecture Wizard, вид которой показан на рис. 10. На основании введенных данных «мастер» автоматически формирует HDL-описание блока управления сигналами синхронизации. В окне процессов Навигатора проекта предусмотрена также процедура автоматического создания условного графического образа для сформированного описания, который необходим при использовании схемотехнической формы представления исходных модулей проекта.
• окно обозревателя иерархической структуры проекта (Design Hierarchy Window);
• окно списка объектов проекта (Design Object List Window);
• окно отображения архитектуры кристалла (Device Architecture Window);
• окно отображения топологии выводов кристалла (Package Pins Window);
• окно условных обозначений контактов кристалла (Package Pin Legend).
Основное окно PACE содержит все необходимые инструменты управления и используется для размещения остальных окон программы. Окно обозревателя иерархической структуры проекта обеспечивает быстрый поиск требуемого элемента проекта для выполнения последующих операций с ним. В окне списка объектов проекта отображается таблица параметров для группы объектов, выбранной в окне обозревателя. В этой таблице указывается расположение контактов для интер-
Рис. 10. Диалоговая панель «мастера» Architecture Wizard
е
Компоненты и технологии, № 1'2003
Использование проектов, созданных предыдущими версиями САПР WebPACK ISE
Прежде чем открыть проект, разработанный в предыдущих версиях WebPACK ISE (3.x и 4.x), следует полностью скопировать его рабочий каталог и сохранить под другим названием. Создание резервной копии рабочей папки проекта необходимо для сохранения его работоспособности в среде старой версии САПР. При открытии такого проекта в WebPACK ISE 5.1i выводится запрос о необходимости его преобразования в формат новой версии, на который следует ответить утвердительно. После автоматического конвертирования проекта он сохраняется в том же рабочем каталоге, в котором был открыт. Проект, преобразованный в соответствии с требованиями версии 5.1i, больше не может использоваться в среде старой версии САПР, в которой он создавался. Для переноса проекта, разработанного в среде версий 3.x, в окружение WebPACK ISE 5.1i необходимо вначале перевести его в формат версий 4.x. Если старый проект выполнялся на основе ПЛИС, которые не поддерживаются в новой версии (например, из семейств Spartan и Spartan XL), то в процессе конвертации будет выбран тип кристалла, устанавливаемый по умолчанию. Так как состав параметров процессов в маршруте проектирования изменился при переходе к новой версии, то в процессе преобразования проекта устанавливаются ближайшие значения эквивалентных параметров. Для параметров, не имеющих аналогов в старой версии, выбираются значения, используемые по умолчанию.
Заключительные рекомендации
Фирма Xilinx периодически выпускает обновления версий предлагаемого программного обеспечения для проектирования ПЛИС, поэтому рекомендуется регулярно проверять
возможность получения очередной редакции Service Pack. К моменту написания данной статьи на сайте фирмы Xilinx был представлен Service Pack 3. Выпускаемые обновления предназначены не только для свободно распространяемого пакета WebPACK ISE, но и для коммерческих программных продуктов: Base ISE, Foundation ISE и Alliance ISE.
С октября 2002 года начато производство новых инструментальных комплектов, которые позволяют в процессе изучения проектирования цифровых устройств на основе ПЛИС фирмы Xilinx [1-13] выполнить аппаратную реализацию проекта. Комплект SET-StarterKit, выпускаемый ЗАО Scan Engineering Telecom (www.setltd.com), выполнен на основе кристаллов семейства SPARTAN II и может использоваться при изучении процесса отладки проектов, реализуемых на базе ПЛИС FPGA. Комплект CoolRunner-II Design Kit фирмы Xilinx, выполненный на основе кристалла XC2C256, позволяет на практике освоить методы программирования ПЛИС семейств CPLD. В состав инструментальных комплектов входят: отладочная плата, загрузочный кабель, новая версия системы проектирования WebPACK ISE и пример реализации проекта. Более подробная информация о структуре и характеристиках отладочных модулей будет приведена в следующих номерах журнала. МММ
Литература
1. Зотов В. WebPACK ISE — свободно распространяемый пакет проектирования цифровых устройств на базе ПЛИС фирмы Xilinx // Компоненты и технологии. 2001. № 6.
2. Зотов В. WebPACK ISE: Интегрированная среда разработки конфигурации и программирования ПЛИС фирмы Xilinx. Создание нового проекта // Компоненты и технологии. 2001. № 7.
3. Зотов В. Схемотехнический редактор пакета WebPACK ISE. Создание принципи-
альных схем и символов // Компоненты и технологии. 2001. № 8.
4. Зотов В. Синтез, размещение и трассировка проектов, реализуемых на базе ПЛИС СРЬБ фирмы Хіііпх, в САПР WebPACK ВБ // Компоненты и технологии. 2002. № 1.
5. Зотов В. Программирование ПЛИС семейств СРБЭ фирмы Хіііпх в САПР WebPACK КБ // Компоненты и технологии. 2002. № 2.
6. Зотов В. Синтез проектов, реализуемых на базе ПЛИС FPGA фирмы Хіііпх, в САПР WebPACK КБ // Компоненты и технологии. 2002. № 3.
7. Зотов В. Реализация проектов на базе ПЛИС семейств FPGA фирмы Хіііпх в САПР WebPACK КБ // Компоненты и технологии. 2002. № 4.
8. Зотов В. Конфигурирование ПЛИС семейств FPGA фирмы Хіііпх в САПР WebPACK КБ // Компоненты и технологии. 2002. № 5.
9. Зотов В. ModelSim — система НББ-модели-
рования цифровых устройств // Компоненты и технологии. 2002. № 6.
10. Зотов В. Функциональное моделирование цифровых устройств, проектируемых на базе ПЛИС фирмы Хіііпх в среде САПР WebPACK КБ // Компоненты и технологии. 2002. № 7.
11. Зотов В. Временное моделирование цифровых устройств, проектируемых на базе ПЛИС фирмы Хіііпх в среде САПР WebPACK КБ // Компоненты и технологии. 2002. № 8.
12. Зотов В. Оценка потребляемой мощности цифровых устройств, проектируемых на базе ПЛИС фирмы Хіііпх в среде САПР WebPACK КБ // Компоненты и технологии. 2002. № 9.
13. Зотов В. Использование шаблонов НББ-редактора при создании описаний цифровых устройств с помощью языка УНББ // Cхемотехника. 2002. № 7-12.
