DLP29006-Engtelecom(2017-2) - Prof. Marcos Moecke

MURAL DE AVISOS E OPORTUNIDADES DA ÁREA DE TELECOMUNICAÇÕES

1 Registro on-line das aulas

Unidade 1 - Inicialização

1.1 Unidade 1 - Inicialização Aula 1 (27 Jul) Apresentação da disciplina Autoinscrição na Plataforma Moodle de DLP29006 (engtelecom) Ler In the beginning - ALTERA Ler ALTERA history Preços ALTERA, ARROW,Digikey Fabricantes de DLPs/FPGAs e familias de DLPs atuais. ALTERA - Stratix, Arria, Cyclone, Max Xilinx - Virtex, Kintex, Artix, Zynq (SoC) Microsemi - Igloo Lattice - ECP, iCE, Mach Aula 2 (2 Ago) Introdução aos dispositivos lógicos programáveis: Conceito, tipos de PLDs SPLD: PAL, PLA e GAL CPLDs Exemplos de PLDs Figura 1.1 - Macrobloco do PLD EP300 da ALTERA FONTE: https://www.altera.com/solutions/technology/system-design/articles/_2013/in-the-beginning.html Figura 1.2 - Macrocélula dos PLDs Clássicos EP600, EP900, EP1800 da ALTERA (1999) FONTE: https://www.altera.com/content/dam/altera-www/global/en_US/pdfs/literature/ds/archives/classic.pdf Figura 1.3 - Architetura do PLD EP1800 da ALTERA FONTE: https://www.altera.com/solutions/technology/system-design/articles/_2013/in-the-beginning.html FONTE: https://www.altera.com/content/dam/altera-www/global/en_US/pdfs/literature/ds/archives/classic.pdf Figura 1.5 - Pinagem e tipos de encapsulamento do PLD EP1800 da ALTERA FONTE: https://www.altera.com/content/dam/altera-www/global/en_US/pdfs/literature/ds/archives/classic.pdf FONTE: Figura 1.6 - Architetura do CPLD MAX 5000 da ALTERA FONTE: https://www.altera.com/solutions/technology/system-design/articles/_2013/in-the-beginning.html Arquitetura de FPGAs (Xilinx e Altera): CLB, LAB, RAM, DSP, Clock, PLL, I/O Ver pag. 413 a 431 de Ver pag. 495 a 501 de de Aula 3 (3 Ago) Vizualização no Chip Planner de um projeto. (importante todos alunos terem acesso a IFSC-CLOUD Conhecendo os dispositivos lógicos programáveis Historia, processo de produção dos chips. A Brief History of the Fabless Semiconductor Industry Taiwan Semiconductor Manufacturing Corporation (TSMC), [http://www.globalfoundries.com/ GLOBALFOUNDRIES Fabless: The Transformation of the Semiconductor Industry, 2014 - Download free 14nm FinFET Technology, Samsung & Globalfounfries, Funcionamento do FinFET, Produção do FinFET, [1] Processo de fabricação de um chip

Unidade 2 - Introdução ao VHDL e ambienta EDA - QUARTUS

1.2 Unidade 2 - Introdução ao VHDL e ambienta EDA - QUARTUS Aula 4 (9 ago) Introdução ao VHDL e ambiente EDA - QUARTUS Estrutura do código VHDL Declaração das bibliotecas e pacotes LIBRARY / PACKAGE library library_name; use library_name.package)name.all; ENTITY entity entity_name is [generic ( cons_name1: const_type const_value; cons_name2: const_type const_value; ... cons_nameN: const_type const_value);] [port ( signal_name1: mode signal_type; signal_name2: mode signal_type; ... signal_nameN: mode signal_type);] [declarative_part] [begin statement_part] end [entity] [entity_name]; ARCHITECTURE architecture arch_name of entity_name is [declarative_part] begin statement_part end [architecture] [arch_name]; Exemplo - Declaração de uma porta NAND em VHDL library std; use std.standard.all; entity nand_gate is port (a, b: in bit; x: out bit); end entity; architecture nome_arch of nand_gate is begin x <= a nand b; end architecture; Exemplo 2.2 (VHDL) - programação de um flip-flop -- Declaração das bibliotecas e pacotes LIBRARY ieee; USE ieee.std_logic_1164.all; -- Especificação de todas as entradas e saídas do circuito ENTITY flip_flop IS PORT (d, clk, rst: IN STD_LOGIC; q: OUT STD_LOGIC); END; -- Descrição de como o circuito deve funcionar ARCHITECTURE flip_flop OF flip_flop IS BEGIN PROCESS (clk, rst) BEGIN IF (rst='1') THEN q <= '0'; ELSIF (clk'EVENT AND clk='1') THEN q <= d; END IF; END PROCESS; END; Após a criação do projeto em VHDL utilizando a descrição de hardware acima, compile o código VHDL. Use o RTL Viewer para ver a descrição RTL do circuito. Figura 2.2 - Código RTL do Exemplo 2.2 Use o Technology Map Viewer para ver a como o circuito foi mapeado para os elementos lógicos disponíveis no dispositivo FPGA selecionado (EP1C3T100A8) Figura 2.3 - Technology Map do Exemplo 2.2 Abra o Chip Planner e observe no Node Properties como esse circuito é conectado dentro do dispositivo FPGA selecionado Figura 2.4 - Chip Planner do Exemplo 2.2 Realizar as simulações funcional e temporal do circuito Aula 5 (10 Ago) Introdução ao VHDL e ambienta EDA - QUARTUS Estrutura do código VHDL Modifique o circuito para que ele passe a ter 16 flip-flops, e realize as simulações funcional e temporal do circuito. Exemplo 2.3 (VHDL e QSIM) - programação de um circuito somador com registrador Realizar as simulações funcional e temporal do circuito Observar o "Technology Map" e o "RTL" do circuito LIBRARY ieee; USE ieee.std_logic_1164.all; ENTITY registered_comp_add IS PORT (clk: IN STD_LOGIC; a, b: IN INTEGER RANGE 0 TO 7; reg_comp: OUT STD_LOGIC; reg_sum: OUT INTEGER RANGE 0 TO 15); END; ARCHITECTURE circuit OF registered_comp_add IS SIGNAL comp: STD_LOGIC; SIGNAL sum: INTEGER RANGE 0 TO 15; BEGIN comp <= '1' WHEN a>b ELSE '0'; sum <= a + b; PROCESS (clk) BEGIN IF (clk'EVENT AND clk='1') THEN reg_comp <= comp; reg_sum <= sum; END IF; END PROCESS; END; Acrescente saídas para o sinal sum e para o sinal comp, de modo a poder observar estes sinais no simulador QSIM e realize novas simulações funcional e temporal. Figura 2.5 - Código RTL do Exemplo 2.3 ver Tutorial do QSIM - Introduction to Simulation of VHDL Designs da ALTERA. Ver pag. 3 a 24 de

Unidade 3 - Tipos de Dados e Operadores em VHDL

1.3 Unidade 3 - Tipos de Dados e Operadores em VHDL Aula 6 (17 Ago) Tipos de Dados em VHDL. Objetos de VHDL: CONSTANT, SIGNAL, VARIABLE, FILE. Palavra chave OTHERS Ver pag. 31 a 35 de Bibliotecas padrão IEEE (std_logic_1164, numeric_std). ATENÇÃO!!! Não use as bibliotecas que não são padrão (std_logic_arith, std_logic_unsigned, std_logic_signed) Aula 7 (23 Ago) Classificação dos tipos de dados. Tipos de dados: BIT, BIT_VECTOR, BOOLEAN, INTEGER, NATURAL, POSITIVE, CHARACTER, STRING, STD_(U)LOGIG, STD_(U)LOGIG_VECTOR Exemplo 3.1 Buffer Tri-state Exemplo 3.2 Circuito com Saida "don't care" Tipos de dados: SIGNED e UNSIGNED Exemplo 3.3 Multiplicador de 4x4 bits (UN)SIGNED e INTEGER Código Multiplicador --LIBRARY ieee; --USE ieee.numeric_std.all; ENTITY multiplicador4x4 IS -- multiplicador usando UNSIGNED -- PORT (a, b: IN UNSIGNED(3 DOWNTO 0); -- min(a) = 0; max(a) = 15 <-- 4 bits -- y: OUT UNSIGNED(7 DOWNTO 0)); -- min(a*b) = 0, max(a*b) = 225 --> 8 bits -- multiplicador usando SIGNED -- PORT (a, b: IN SIGNED(3 DOWNTO 0); -- min(a) = -8; max(a) = 7 <-- 4 bits -- y: OUT SIGNED(7 DOWNTO 0)); -- min(a*b) = -56, max(a*b) = 64 --> 8 bits -- multiplicador usando INTEGER (positivos) -- PORT (a, b: IN INTEGER RANGE 0 TO 15; -- min(a) = 0; max(a) = 15 --> 4 bits -- y: OUT INTEGER RANGE 0 TO 225); -- min(a*b) = 0, max(a*b) = 225 --> 8 bits -- multiplicador usando INTEGER (positivos e negativos) -- PORT (a, b: IN INTEGER RANGE -8 TO 7; -- min(a) = -8; max(a) = 7 --> 4 bits -- y: OUT INTEGER RANGE -56 TO 64); -- min(a*b) = -56, max(a*b) = 64 --> 8 bits END ENTITY; ARCHITECTURE v1 OF multiplicador4x4 IS BEGIN y <= a * b; END ARCHITECTURE; Observar o número de elementos lógicos, bits usados para representar as entradas e saídas. Observar o código RTL obtido. Realizar a simulação com entradas UNSIGNED e INTEGER na faixa de valores de 0 até 15, e analisar se o valor da saída está correto. Realizar a simulação com entradas SIGNED e INTEGER na faixa de valores de -8 até 7, e analisar se o valor da saída está correto. Ver pag. 39 a 54 de Aula 8 (24 Ago) Tipos de Dados em VHDL. Resumo dos Tipos predefinidos (Tabela 3.6). Tipos definidos pelo usuário: Escalares (Inteiros e Enumerados) Tipos de Array 1D x 1D, 2D , 1D x 1D x 1D, 3D Exemplos Ex 3.5, Ex 3.6 e Ex 3.7 Ver pag. 51 a 70 de Aula 9 (30 Ago) Tipos de dados predefinidos: FIXED e FLOAT (apenas conhecer) RECORD e SUBTYPE Uso de ARRAYs em portas Declaração do TYPE em PACKAGE Exemplo 3.8: Multiplexador com porta 1D x 1D. Qualificação de tipos, conversão de tipos (automática, casting e funções de conversão). Resumo das funções de conversão de tipos (Tabela 3.10) e ver Aritmética com vetores em VDHL Exemplo 3.9: Multiplicador com sinal (entrada do tipo STD_LOGIC VECTOR) LIBRARY ieee; USE ieee.std_logic_1164.all; USE ieee.numeric_std.all; ENTITY signed_multiplier IS PORT ( a, b: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); y: OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0) ); END ENTITY; ARCHITECTURE type_conv_arch OF signed_multiplier IS BEGIN y <= std_LOGIC_VECTOR(SIGNED(a) * SIGNED(b)); END ARCHITECTURE; Ver pag. 73 a 78 de Aula 11 (31 Ago) Operadores em VHDL. Operadores predefinidos: Atribuição, Lógicos, Aritméticos, Comparação, Deslocamento, Concatenação, "Matching". Sobrecarga de operadores Atributos em VHDL. Atributos predefinidos: tipo escalar e enumerados; tipo array; de sinal; Exemplo 4.2 (Simulação funcional) Atributos definidos pelo usuário; Ver pag. 91 a 108 de Aula 12 (6 Set) Atributos de síntese: Enum_encoding [2] chip_pin [3] keep [4] Exemplo 4.4: Delay line (Síntese e Simulação temporal sem o com o atributo keep) Exemplo 5.8 Gerador de Pulsos estreitos Aula 13 (13 Set) Atributos em VHDL. Atributos de síntese: preserve [5] noprune. Exemplo 4.5: Preserve and noprune attributes ENTITY redundant_registers IS PORT ( clk, x: IN BIT; y: OUT BIT); END ENTITY; ARCHITECTURE arch OF redundant_registers IS SIGNAL a, b, c: BIT; -- NORMAL -- 1 LE --ATTRIBUTE preserve: BOOLEAN; --ATTRIBUTE preserve OF a, b, c: SIGNAL IS TRUE; -- 2 LE --ATTRIBUTE noprune: BOOLEAN; --ATTRIBUTE noprune OF a, b, c: SIGNAL IS TRUE; --3 LE --ATTRIBUTE keep: BOOLEAN; --ATTRIBUTE keep of a,b,c: SIGNAL IS TRUE; BEGIN PROCESS (clk) BEGIN IF (clk'EVENT AND clk='1') THEN a <= x; b <= x; c <= x; END IF; END PROCESS; y <= a AND b; END ARCHITECTURE; Após a compilação do código acima, observe o número de elementos lógicos obtidos, observe o Technology Map dos circuitos gerados e verifique a localização dos FFs no Chip Planner. Fig 12. Technology Map do Circuito sem Attribute Fig 13. Technology Map do Circuito com Attribute Preserve (or Keep) Fig 14. Technology Map do Circuito com Attribute Noprune Group Alias Exemplo de uso no pacote numeric_std.vhd function ADD_UNSIGNED (L, R: UNSIGNED; C: STD_LOGIC) return UNSIGNED is constant L_LEFT: INTEGER := L'LENGTH-1; alias XL: UNSIGNED(L_LEFT downto 0) is L; alias XR: UNSIGNED(L_LEFT downto 0) is R; variable RESULT: UNSIGNED(L_LEFT downto 0); variable CBIT: STD_LOGIC := C; begin for I in 0 to L_LEFT loop RESULT(I) := CBIT xor XL(I) xor XR(I); CBIT := (CBIT and XL(I)) or (CBIT and XR(I)) or (XL(I) and XR(I)); end loop; return RESULT; end ADD_UNSIGNED; NOTA: No exemplo acima, a CONSTANT L_LEFT recebe o tamanho do parâmetro (L), que pode ser qualquer. Esse tamanho é utilizado para criar dois ALIAS para os parâmetros L e R, utilizando uma indexação (L_LEFT DOWNTO 0). Com isso é possível dentro do FOR-LOOP criar os circuitos que realizam as operações lógicas que realizam a operação de soma. Exercício 4.17: Desafio para a implementação com menor numero de elementos lógicos (BONUS 1 e 0.5) ver detalhes no Moodle. Ver pag. 108 a 119, 140 a 142 de

Unidade 4 - Código Concorrente

1.4 Unidade 4 - Código Concorrente Código Concorrente. Uso de Operadores WHEN, SELECT; Exemplo 5.1 + 5.2 mux: com 3 tipos de arquiteturas (com portas, com WHEN-ELSE, com WITH-SELECT) Verifique os três circuitos considerando as entradas x0 a x3 e a saída y com apenas um elemento. Modifique os circuitos para que tenham as entradas x0 a x3 e a saída y com 4 elementos. No caso do uso de WHEN-ELSE e WITH-SELECT é só alterar o tamanho dos vetores STD_LOGIC_VECTOR. Qual é a solução para a descrição com portas? Ver pag. 121 a 127 de Aula 14 (14 Set) Para selecionar uma entre várias arquiteturas para a mesma ENTITY use a CONFIGURATION. CONFIGURATION which_mux OF mux IS FOR Operator_only END FOR; -- FOR with_WHEN END FOR; -- FOR with_SELECT END FOR; END CONFIGURATION; Código Concorrente. Exemplo de uso de operadores e SELECT. Exemplo 5.3 - Unidade de Lógica e Aritmética (ALU). Alteração do código da ALU: Inclusão de um sinal que indica "erro" quando ocorre overflow/underflow nas operações de soma, incremento ou decremento. Inclusão de um circuito que satura o sinal no máximo positivo ou negativo nas situações de erro. Teste da ALU usando simulação funcional. Aula 15 (20 Set) Uso de FOR-GENERATE label: FOR identificador IN faixa GENERATE [Parte_Declarativa BEGIN] Instruções_concorrentes ... END GENERATE [label]; </syntaxhighlight> Exemplo 5.4 - Decodificador genérico de endereços. Ver pag. 127 a 134 de Implementação de circuitos aritméticos com operadores. Para o uso dos operadores o mais adequado é utilizar o padrão industrial STD_LOGIC_VECTOR. Internamente os valores das portas devem ser convertidos ou para valores INTEGER ou para UNSIGNED/SIGNED. para tal é necessário utilizar a biblioteca numeric_std. Também é fundamental considerar a faixa de valores coberta por $N$ bits. Para tipos UNSIGNED a faixa é de $0$ até $2^N-1$, enquanto que para SIGNED a faixa é de $-2^{N-1}$ até $2^{N-1}-1$. Assim com 3 bits é possível representar valores entre -4 até 3 com um tipo SIGNED e 0 até 7 com um tipo UNSIGNED. Para uso adequado dos operadores também é necessário considerar o tamanho (número de bits) requerido para o resultado em função do tamanho dos operandos. Ver a declaração das funções "+", "-", "*" e "/" no PACKAGE Numeric std.vhd function "+" (L, R: UNSIGNED) return UNSIGNED; -- Result subtype: UNSIGNED(MAX(L'LENGTH, R'LENGTH)-1 downto 0). -- Result: Adds two UNSIGNED vectors that may be of different lengths. function "-" (L, R: UNSIGNED) return UNSIGNED; -- Result subtype: UNSIGNED(MAX(L'LENGTH, R'LENGTH)-1 downto 0). -- Result: Subtracts two UNSIGNED vectors that may be of different lengths. function "*" (L, R: UNSIGNED) return UNSIGNED; -- Result subtype: UNSIGNED((L'LENGTH+R'LENGTH-1) downto 0). -- Result: Performs the multiplication operation on two UNSIGNED vectors -- that may possibly be of different lengths. function "/" (L, R: UNSIGNED) return UNSIGNED; -- Result subtype: UNSIGNED(L'LENGTH-1 downto 0) -- Result: Divides an UNSIGNED vector, L, by another UNSIGNED vector, R. -- NOTE: If second argument is zero for "/" operator, a severity level of ERROR is issued. Para operações de "+" ou "-": O tamanho do resultado é igual ao tamanho do maior operando. Exemplo: r[7..0] = a[7..0] + b[4..0]; a -> 8 bits; b -> 5 bits então r -> 8 bits. Para a operações "*": O tamanho do resultado é igual a soma do tamanho dos dois operandos. Exemplo: r[12..0] = a[7..0] * b[4..0]; a -> 8 bits; b -> 5 bits então r -> 8+5 = 13 bits. Para "/": O tamanho do resultado é igual ao tamanho do numerador. Exemplo: r[5..0] = a[5..0] / b[8..0]; a -> 6 bits; b -> 9 bits então r -> 6 bits. No caso da operações de "*" e "/" não ocorre overflow, no entanto no caso da "+" e "-", o overflow/underflow pode ocorrer e precisa ser tratado. Isso pode ser feito acrescentando um bit adicional a saída para conter o overflow ou então sinalizar a sua ocorrência com um bit na saída do circuito. Note que no caso em que ocorrem sucessivas somas, é impraticável ficar aumentando o número de bits para evitar o overflow, de modo que a sinalização do overflow ou uso de escalas, ou representação em ponto fixo ou ponto flutuante podem ser as soluções a serem adotadas. No caso das operações de "+" e "-" também pode ser necessário tratar os sinais de carry in e carry out, que permitem ampliar o tamanho de um somador realizando a sua conexão em cascata, ao mesmo tempo que tratam o overflow. Exemplo 5.7 - Somador/Subtrator Recomendado. Aula 16 (21 Set) Código Concorrente. Aula de exercícios: 5.3 - Porta AND e NAND Genérica. 5.4 - Gerador de Paridade Genérico. Aula 17 (25 Set) Código Concorrente. Aula de exercícios: 5.6 - Conversor Binario-Gray Genérico. (28 Set, 2 e 5 Out) Professor em licença. Alunos liberados para desenvolver atividade extra AE1 Aula 18 (11 Out) Código Concorrente. Escreve um código VHDL genérico que implemente os seguintes circuitos: Ex1 - Conversor de Binário para Gray genérico; Fig 16. código RTL do conversor binário para Gray Ex2 - Conversor de Gray para Binário genérico; Fig 17. código RTL do conversor Gray para binário Ex3 - Utilizando os dois circuitos anteriores e um incrementador binário escreva um código VHDL que implemente um incrementador Gray; Fig 18. código RTL do incrementador de código Gray Realize a simulação do incrementador Gray. Fig 19. Simulação Funcional do incrementador de código Gray Ver também Código Gray; Aula de exercícios: 5.7 - Peso de Hamming 5.8 - Ordenador binário 5.15 - Multiplicador Unsigned Aula 19 (16 Out) Avaliação A1 - UN2, UN3, UN4

Unidade 5 - Código Sequencial

1.5 Unidade 5 - Código Sequencial Aula 20 (17 Out) Realização da SAD - Avaliação Docente pelos Discentes Correção da Avaliação A1. Conceitos na Avaliação Código Sequencial. Diferenças entre código concorrente e sequencial <=> circuitos combinacional e sequencial Diferenças entre os objetos SIGNAL e VARIABLE Tipos de elementos de memória: Latch x Flip-flop Latch D Flip-flop tipo D com reset assíncrono e com reset (clear) síncrono Seção de código sequencial PROCESS: lista de sensibilidade [rótulo:] PROCESS [(lista_de_sensibilidade)] [IS] [parte_declarativa] BEGIN afirmação_sequencial; afirmação_sequencial; ... END PROCESS [rótulo]; Instrução IF [rótulo:] IF condição THEN afirmação_sequencial; afirmação_sequencial; ... ELSIF condição THEN afirmação_sequencial; afirmação_sequencial; ... ELSE afirmação_sequencial; afirmação_sequencial; ... END IF [rótulo]; Exemplos: DFFs with Reset and Clear (Variação Ex 6.1), Basic Counter (Ex. 6.2), Shift Register (Ex. 6.3) Recomenda-se utilizar a lista de sensibilidade do PROCESS e a instrução IF no lugar do WAIT. Ver pag. 161 a 160 de Aula 21 e 22 (19 e 23 Out) Uso do Modelsim para simulação. Contador Básico 0-N (baseado no Ex.6.2) Registrador de deslocamento (Ex.6.3) Ver também Seguindo o tutorial da ALTERA para o MODELSIM, para utilizar o básico do MODELSIM. Pedroni VHDL 2ed Tutorial of ModelSim 10.1d ModelSim Video Tutorial - Kirk Weedman Documentação do ModelSim, para conhecer mais a fundo o MODELSIM. Aula 23 (25 Out) Aula substituída pela "Apresentação trabalhos técnicos científicos Telecomunicações" na Semana Nacional de Ciência e Tecnologia (SNCT), conforme solicitação da coordenação do curso. Aula 24 (26 abr) Código Sequencial. Instrução WAIT: WAIT UNTIL, WAIT FOR (simulação apenas), WAIT ON (não implementada no Quartus II). Algumas instruções de WAIT serão utilizadas na criação de TestBench em VHDL para a simulação com o MODELSIM. Instruções do tipo LOOP: LOOP incondicional, FOR-LOOP, WHILE-LOOP, NEXT, EXIT LOOP incondicional: [rótulo:] LOOP afirmação_sequencial; afirmação_sequencial; ... END LOOP [rótulo]; FOR-LOOP: [rótulo:] FOR identificador IN faixa LOOP afirmação_sequencial; afirmação_sequencial; ... END LOOP [rótulo]; WHILE-LOOP: [rótulo:] WHILE condição LOOP -- Executa as "afirmações enquanto a "condição" for verdadeira afirmação_sequencial; afirmação_sequencial; ... END LOOP [rótulo]; LOOP com EXIT: [rótulo:] [FOR identificador IN faixa] LOOP afirmação_sequencial; EXIT [rótulo] [WHEN condição]; -- Se a "condição" é verdadeira, termina o "LOOP" afirmação_sequencial; ... END LOOP [rótulo]; LOOP com NEXT: [rótulo:] [FOR identificador IN faixa] LOOP afirmação_sequencial; NEXT [rótulo] [WHEN condição]; -- Se a "condição" é verdadeira, não executa as linhas até a linha "END LOOP" -- e incrementa o "identificador". afirmação_sequencial; ... END LOOP [rótulo]; Exemplos: Carry-Ripple Adder (FOR-LOOP) (Ex 6.4), Instrução CASE [rótulo:] CASE expressão IS WHEN valor => atribuições; -- valor único ... WHEN valor1 | valor2 | ... | valorN => atribuições; -- lista de valores ... WHEN valor1 TO valor2 => atribuições; -- faixa de valores ... END CASE; Exemplos: Leading Zeros (LOOP com EXIT) (Ex 6.5) Ver pag. 161 a 164 de Aula 25 e 26 (30 Out e 1 Nov) Código Sequencial. Contador de 0 a 9 segundos com saída SSD (Ex 6.6), Simulação com o Modelsim. PROBLEMA: Uso de um período de clock de 20 ns => 50 MHz, verificar a impossibilidade prática de uma simulação deste circuito (1 segundo => 5 minutos de simulação), devido ao tamanho do contador (count1) que conta de 0 a 50M-1. SOLUÇÃO: modificar o contador para um valor maximo menor (0 a 5-1), e a mesmo tempo mudar o período de clock para 200 ms => 5 Hz. Notar que a simulação é extremamente rápida neste caso. Após verificar que o circuito funciona "simulado", configurar o FPGA do kit DE2-115 para implimentar este circuito. As informações necessárias estão em Preparando para gravar o circuito lógico no FPGA. Utilize os pinos (clk = CLOCK_50: PIN_Y2, rst = KEY[0]: PIN_M23, ssd = HEX0[0-6]: PIN_G18 - PIN_H22). Note que a chave usada para o rst é normalmente alta, e portanto é necessário acrescentar um inversor a esta entrada. -- Renomeie a porta rst para rst_in. PORT ( clk, rst_in : IN BIT; --Crie um sinal interno para inverter o clock ARCHITECTURE counter OF slow_counter IS signal rst : BIT; BEGIN rst <= not rst_in; Programe o FPGA usando o programador e verifique se a contagem está correta (a cada segundo).

Unidade 6 - Projeto a nível de Sistema

1.6 Unidade 6 - Projeto a nível de Sistema Aula 27 (6 Nov) Projeto a nível de Sistema. O PACKAGE e PACKAGE BODY: onde declarar e como usar. O COMPONENT: declaração (cópia da ENTITY) e instanciação. Associação dos nomes das portas aos sinais. PORT -> PORT MAP: Mapeamento por posição e nominal. Métodos de declaração de COMPONENT. Exemplo: Registrador Circular Ex. 8.2 Ver pag. 201 a 208 de Aula 28 (8 Nov) Projeto a nível de Sistema. Criação de COMPONENT redimensionáveis. GENERIC -> GENERIC MAP Exemplo: Porta E com N entradas. Exemplo: Detector de Paridade Ex. 8.3 Instanciação de COMPONENT com GENERATE. Ver pag. 208 a 213 de Aula 29,30 (9,13 Nov) Código Sequencial. Projeto de relógio HH:MM:SS com conversor para 7 segmentos. Implementar um relógio usando um COMPONENT contador BCD de 00 a 99. Instancie 3 COMPONENTES para implementar a hora, o minuto e o segundo. O relógio deve contar de 00:00:00 até 23:59:59. Os mostradores de 7 segmentos devem ser implementados com um COMPONENT "bin2ssd" que converte o número 0 a 9 em bits do código SSD. Simular o relógio HH:MM:SS com Modelsim, duração de 49 horas. Implementar o relógio no kit DE2-115 (opcional) - neste caso é necessário incluir um divisor de clock antes do contador de segundo. 1.6.1 ATUAL Aula 31 (16 Nov) Projeto a nível de Sistema. FUNCTION e PROCEDURE (são chamados de subprogramas), e podem ser construídos em um PACKAGE, ENTITY, ARCHITECTURE, ou PROCESS. A instrução ASSERT é útil para verificar as entradas de um subprograma. Seu propósito não é criar circuito, mas assegurar que certos requisitos são atendidos durante a sintese e/ou simulação. Pode ser condicional ou incondicional (condição_booleana = FALSE). A sintaxe da instrução é: [rótulo:] assert condição_booleana [report mensagem] [severity nivel_severidade]; A mensagem pode ser criada usando STRINGs que podem ser concatenadas. O nível de severidade pode ser NOTE (para passar informação para o compilador/simulator), WARNING (para informar que algo não usual ocorreu), ERROR (para informar que alguma condição não usual "sério" ocorreu), ou FAILURE (para informar que uma condição não aceitável ocorreu). Normalmente o compilador para quando ocorre um ERROR ou FAILURE. NOTE é o valor "default". A FUNCTION: declaração, uso, mapeamento posicional x nominal, PURE x IMPURE. function nome_funçao (lista_parametros_entrada) return tipo_saida is declarações begin afirmações sequenciais end function; Uso de FUNCTION e ASSERT. Exemplo: Declaração em ARCHITECTURE Ex.9.1 Exemplo: Declaração em PACKAGE Ex. 9.2 Exemplo: Declaração em ENTITY Ex. 9.3 Abaixo segue um exemplo de cálculo do log2 de um número inteiro. Pode ser usado para determinar o número de bits necessário para um número natural. function log2c (n : integer) return integer is variable m , p : integer; begin m := 0; p : = 1; while p < n loop m : = m + 1; p := p * 2; end loop; return m; end log2c;

2 Avaliações

• Avaliação A1 - Unidade 2 a 4 (XX/XX/2017) - Local: Lab Redes II.
• Avaliação A2 - Unidade 5 a 7 (XX/XX/2017) - Local: Lab Redes II.

As avaliações A1 e A2 são com consulta apenas as folhas de consulta entregues VHDL QUICK REFERENCE CARD e VHDL 1164 PACKAGES QUICK REFERENCE CARD, e as tabelas das figuras 3.6, 3.10 e 4.1 do livro do Pedroni. Dica use também como fonte de consulta os templates do Quartus.

• Recuperação R1-2 - Unidade 2 a 7 (XX/XX/2017) - Local: Lab Redes II.

Ao final das avaliações o aluno deverá enviar a avaliação para a plataforma moodle ou email moecke AT ifsc.edu.br com os arquivos solicitados.

• Entrega dos Atividades Extraclasse ao longo do semestre AE0 a AE(N). A entrega, detalhes e prazos de cada AE serão indicados na plataforma Moodle
  • Autoinscrição na Plataforma Moodle de DLP29006 (engtelecom) - ATENÇÃO! MUDEI O AMBIENTE PARA PRESERVAR O ACESSO DOS ALUNOS ANTERIORES.

AE0 - Resumo estendido de Artigo (Entrega e Prazo ver Moodle)
Ler e fazer um resumo estendido do artigo de 1 a 2 páginas Dispositivos Lógicos Programáveis de Kamila Rose da Silva, IFSC. Para a geração de documentação/relatórios técnicos/artigos, está disponibilizada a Plataforma Sharelatex. Utilize preferencialmente o modelo de artigo no padrão ABNT em 1 coluna. A entrega do resumo deverá ser feita na Plataforma Moodle de DLP29006, dentro do prazo indicado.

AE1 - Uso de código concorrente - ALU modificada (Entrega e Prazo ver Moodle)

Implemente em VHDL uma Unidade de Lógica e Aritmética que tem como entrada os sinais A e B e que execute as seguintes instruções lógicas e aritméticas conforme o opcode de entrada: Unidade Lógica Instrução Operação opcode GRUPOS Complemento de A Y = not A 0000 1, 2, 3 Complemento de B Y = not B 0001 4, 5, 6 And Y = A nand B 0010 1, 3 Nand Y = A and B 0011 2, 4 Or Y = A nor B 0100 5, 6 Nor Y = A or B 0101 1, 4 Xor Y = A xor B 0110 2, 5 Xnor Y = A xnor B 0111 3, 6 Unidade Aritmética (onde os valores de A e B podem ser positivos ou negativos) Instrução Operação opcode GRUPOS Transfere A Y = A 1000 1, 2, 3, 4, 5, 6 Transfere B Y = B 1001 1, 2, 3, 4, 5, 6 complemento-2 de A Y = -A 1010 1, 2, 3 complemento-2 de B Y = -B 1010 4, 5, 6 Incrementa A Y = A + 1 1011 1, 4 Decrementa A Y = A - 1 1011 2, 5 Incrementa B Y = B + 1 1100 3, 6 Soma A e B Y = A + B 1101 1, 2 Subtrai B de A Y = A - B 1110 3, 4 Subtrai A de B Y = B - A 1110 5, 6 Dobra o valor A Y = A * 2 1111 1, 2, 3 Dobra o valor B Y = B * 2 1111 4, 5, 6 A ENTITY deverá ter a seguinte interface: ENTITY alu IS GENERIC (N: INTEGER := 4); --word bits PORT ( A, B: IN STD_LOGIC_VECTOR (N-1 DOWNTO 0); OPCODE: IN STD_LOGIC_VECTOR (3 DOWNTO 0); ERRO: OUT STD_LOGIC; Y: OUT STD_LOGIC_VECTOR (N-1 DOWNTO 0)); END ENTITY; Verifique qual é o seu grupo, você apenas precisa implementar e simular as funções indicadas para o ele. Proponha uma ARCHITECTURE que implemente a ALU (Dica: utilize internamente o tipo de dado tipo integer ou do tipo "SIGNED"). Se na operação realizada o resultado em Y não estiver correto, a saída ERRO deve ser setada. Anote o número de Elementos Lógicos (ou ALUTs) utilizados [Compilation Report > Flow Summary]. Verifique o código RTL gerado [Tools > Netlist Viewers > RTL Viewer] Faça a simulação funcional no QSIM usando os valores mínimos e máximos e outros pares de valores representáveis e verifique se o resultado das operações está correto. Teste cada instrução (opcode) em separado. Analise os resultados obtidos para entradas com 4 bits e verifique os casos em que há ERRO. Escreva um relatório de no máximo 15 páginas contendo: título, identificação, introdução, o desenvolvimento da atividade e resultados, conclusão. O relatório deve conter as simulações funcionais feitas e a análise dos resultados obtidos. Também é fundamental relate o número de elementos lógicos necessários, o tipo de FPGA utilizado, e o máximo tempo de propagação deste circuito. Salve a imagem do circuito RTL e envie com arquivo .PNG. A entrega do relatório em .PDF e do arquivo .QAR e .PNG deverá ser feita na Plataforma Moodle de DLP29006, dentro do prazo indicado.

2.1 ATUAL

APF - Projeto Final - Sistema de transmissão serial assíncrono (Entrega e prazos ver Moodle)

Cada aluno (ou equipe de 2 alunos) deverá desenvolver um sistema de de transmissão serial assíncrono mostrado na figura abaixo: Figura 1. Sistema de Comunicação Serial Assíncrono com Endereçamento de A para B Figura 2. Interface transmissora serial Figura 3. Interface receptora serial As Taxa de Transmissão deverão ser geradas a partir do clock principal CLK50MHz do kit a ser utilizado. A seleção da Taxa de Transmissão será feita através das chaves SW_BAUD_TX[1..0] para o transmissor e das SW_BAUD_RX[1..0] para o receptor. 00 => 0.1 bps, 01 => 10 bps, 10 => 1 kbps, 11 => 100 kbps. Na transmissão deverá ser enviado um bit paridade (par ou impar) de acordo com a chave seletora SW_PARITY. 0 => paridade par, 1 => paridade impar. No receptor a saída RX_ERROR deve ser usada para indicar que houve erro na recepção do dado. Arquivo:APF DLP29006 2017 2 times.png O sistema no seu TOP LEVEL deverá ser constituído de um Conversor Paralelo Serial, um Conversor Serial Paralelo, dois Geradores de Baud Rate, um Gerador de Paridade, um Detector de Paridade, um Detector de Número de Destino, um Circuito de Entrada de Dados, e um Circuito de Saída de Dados. O projeto deve ser desenvolvido integrando estes componentes no TOP LEVEL, de modo que neste nível existam apenas conexões entre estes componentes. Recomenda-se utilizar também componentes para a criação dos circuitos no segundo nível. O reuso de componentes já desenvolvidos nas aulas é fortemente encorajado. Durante a fase das simulações recomenda-se alterar o valor da frequência do CLK50MHz para 100kHz de modo a viabilizar uma simulação mais rápida. As simulações de cada componente do TOP LEVEL e da integração de todos componentes no TOP LEVEL devem ser feitas no MODELSIM, sendo a última obrigatoriamente feita usando testbench em VHDL. O sistema deverá ser implementado, testado e demonstrado no kit de hardware FPGA DE2-115 (ou Mercúrio IV) usando as chaves e leds disponíveis (ou pinos da GPIO para acionar circuitos externos). O arquivo QAR do projeto, e os arquivos .do e o testbench .vht para o MODELSIM devem ser enviados antecipadamente para o professor para conferencia antes da implementação no kit de hardware. Escreva um relatório técnico contendo os resultados em no máximo 10 paginas A4. O relatório além das tabelas com os dados de frequência máxima, número de componente, número de pinos, deverá conter a figura dos circuitos RTL da ENTITY top level com uma explicação do seu funcionamento. Também devem ser apresentadas as simulações funcionais e uma análise textual dos resultados obtidos. A descrição da função dos pinos no Kit DE2-115 também deve ser feita. Para entender o sistema de transmissão recomenda-se consulte materiais complementares sobre Comunicação serial assíncrona, bit de paridade, UART, Taxa de bits.

2.1.1 ESTUDOS SEM ENTREGA DE DOCUMENTAÇÃO

Os exemplos e exercícios essenciais estão destacados em negrito na listagens abaixo.

EL0 - Resolução dos exercícios do Cap 2

Resolva os exercícios do capítulo 2 (1, 2, 3) pag. 28 a 30 Exercise 2.1 Multiplexer: Complete o código VHDL abaixo para que ele seja correspondente a um multiplexador que selecione a entrada A quando sel ="01", B quando sel ="10", coloque "0...0" na saída quando sel ="00" e mantenha a saída em alta impedância "Z...Z" quando sel="11". Compile o código e em seguida faça a simulação, para verificar se o circuito funciona conforme especificado. Anote as mensagens de warning do compilador. --------------------------------------- -- File: mux.vdh --------------------------------------- -- Declaração das Bibliotecas e Pacotes -- LIBRARY ieee; USE _________________________ ; --------------------------------------- -- Especificação das entradas e saídas e nome da ENTITY ENTITY mux IS PORT ( __ , __ : ___ STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWNTO 0); sel : IN ____________________________ ; ___ : OUT STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWNTO 0)); END _____ ; --------------------------------------- ARCHITECTURE example OF _____ IS BEGIN PROCESS (a, b, ____ ) BEGIN IF (sel = "00") THEN c <= "00000000"; ELSIF (__________) THEN c <= a; _____ (sel = "10") THEN c <= __; ELSE c <= (OTHERS => '__'); END ___ ; END _________ ; END _________ ; ---------------------------------------

EL1 - Uso de tipos de dados e operadores

Implementar em VHDL um circuito que efetue a operação $y=a^2+2*a*b+5$, utilizando portas do tipo STD_LOGIC_VECTOR para valores de entrada $a$ e $b$ com sinal e ocupando 4 bits, utilize na saída $y$ 8 bits. Repita o circuito com as mesmas características, utilizando no entanto portas do tipo INTEGER com range de -8 a 7 nas entradas e range de -128 a 127 na saída. Repita o circuito com as mesmas características, utilizando no entanto portas do tipo INTEGER com range de -8 a 7 nas entradas e range de -256 a 255 na saída. Em todos os casos faça a simulação funcional do circuito. Teste o circuito no minimo com $a=-2,b=3=>y=-3$, $a=7,b=6=>y=138$ e $a=-8,b=-8=>y=197$. Note que para valores maiores de entrada $a$ e $b$ pode ocorrer overflow devido a limitação do número de bits da saída. Determine o número de elementos lógicos e pinos e verifique o código RTL obtido. Compare com os colegas.

EL2 - Resolução dos exercícios do Cap 3
Resolva os exercícios do capítulo 3 (1, 2, 9, 11, 12, 13, 14-17, 18, 20, 22, 23-30) pag. 81 a 89

AR2- Conversor de Binário para BCD

Considere um número decimal entre 000 e 999. Usando operadores predefinidos, obtenha na saída os dígitos decimais separados. Escreva o código VHDL e analise o número de elementos lógicos necessários. Faça a simulação funcional do circuito. Fig. 20 - Simulação da conversão de binário para BCD Compare sua implementação com os outros estudantes e analise as diferenças, observe o código RTL, o número de elementos lógicos e também o tempo de propagação. Para separar os dígitos decimais do número de entrada pense nos operadores de "+", "-", "*", "/", "REM" e "MOD", shift. Para facilitar os testes e a troca de informações entre as equipes, a ENTITY deverá ter o seguinte formato: entity bin2bcd is port ( X_bin : in std_logic_vector(13 downto 0); -- 000 a 999 C_bcd : out std_logic_vector(3 downto 0); -- Centena D_bcd : out std_logic_vector(3 downto 0); -- Dezena U_bcd : out std_logic_vector(3 downto 0)); -- Unidade end entity; architecture example of bin2bcd is --declaração de sinais auxiliares begin --descrição do hardware end architecture; Note que com X_bin 10 bits é possível representar números sem sinal entre 0 e $2^{10}-1$. No entanto, os testes devem ser limitados a números entre 000 e 999, pois não há especificação para valores maiores que 999. Existe um algoritmo Double Dabble que possibilita fazer essa conversão com menos hardware. Dica para converter de INTEGER para STD_LOGIC_VECTOR de 4 bits. M_bcd <= std_logic_vector(to_unsigned(M,4));

EL4 - Resolução dos exercícios do Cap 4
Resolva os exercícios do capítulo 4 (4-8, 9, 10-11, 13, 15-16, 17 ) pag. 115 a 120

EL5 - Resolução dos exercícios do Cap 5
Resolva os exercícios do capítulo 5 (1, 2, 3, 4, 6, 7, 8-9, 10-11, 14-16, 17-18, 19 ) pag. 144 a 150

AR3 - Unidade somadora e subtratora

Implementar em VHDL uma unidade de processamento que efetue a operação de soma ou subtração considerando valores SIGNED e UNSIGNED. As características do circuito são: As portas de entrada e saída são todas do tipo STD_LOGIC(_VECTOR) As entradas $a$ e $b$ devem ter N bits, e a saída $r$ N+1 bits. O circuito tem uma entrada $tipo$, a qual define se os valores das entradas e saídas devem ser considerados UNSIGNED ou SIGNED. $tipo=0$ indica UNSIGNED , e $tipo=1$ indica SIGNED. O circuito tem uma entrada $op$, a qual define se a operação a ser feita deve ser uma soma ou uma subtração. $op=0$ indica soma, e $op=1$ indica subtração. O circuito tem além da saída $r$, uma saída adicional $zero$ que indica quando o resultado é zero. Faça a simulação funcional do circuito, testando o circuito usando no mínimo com $op=0,tipo=0,a=valor+,b=valor+$, - SOMA UNSIGNED $op=0,tipo=1,a=valor+,b=valor+$, - SUBTRAÇÂO UNSIGNED $op=1,tipo=0,a=valor+,b=valor+$, - SOMA SIGNED $op=1,tipo=1,a=valor+,b=valor+$, - SUBTRAÇÂO SIGNED $op=1,tipo=0,a=valor+,b=valor-$, - SOMA SIGNED $op=1,tipo=1,a=valor-,b=valor+$; - SUBTRAÇÂO SIGNED onde $valor+,valor-$ são respectivamente valores numéricos positivos e negativos. Note que alguns valores de entrada ainda pode ocorrer erro, mesmo tendo um bit a mais na saída. Em que situação isso pode ocorrer? Mostre uma situação em que isso ocorre na simulação.

EL6 - Resolução dos exercícios do Cap 6
Resolva os exercícios do capítulo 6 (1, 2, 3-4, 5, 6-7, 9*, 10-11, 12*, 13*, 14, 15) pag. 172 a 176.

EL7 - Resolução dos exercícios do Cap 8
Resolva os exercícios da capítulo 8 (1-7, 9*) pag. 219 a 220.

EL8 - Resolução dos exercícios do Cap 9
Resolva os exercícios da capítulo 9 (1-4, 6-9) pag. 238 a 239.

3 Referências Bibliográficas:

Curso de Engenharia de Telecomunicações