DLP29006-Engtelecom(2018-1) - Prof. Marcos Moecke
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MURAL DE AVISOS E OPORTUNIDADES DA ÁREA DE TELECOMUNICAÇÕES
Registro on-line das aulas
| Unidade 2 - Introdução ao VHDL e ambienta EDA - QUARTUS |
|---|
Unidade 2 - Introdução ao VHDL e ambienta EDA - QUARTUS
library library_name; use library_name.package)name.all;
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 arch_name of entity_name is [declarative_part] begin statement_part end [architecture] [arch_name];
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;
-- 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;
ls /opt/altera/13.0sp1/quartus/libraries/vhdl/std
ls /opt/altera/13.0sp1/quartus/libraries/vhdl/ieee
ls /opt/altera/13.0sp1/quartus/libraries/vhdl/mentor/arithmetic (Mentor Graphics) ls /opt/altera/13.0sp1/quartus/libraries/vhdl/synopsys/ieee (Synopsys)
ls /opt/altera/16.0/quartus/libraries/vhdl/ieee/2008
   Note que na simulação funcional a mudança da saída Q ocorre no instante em que ocorre a borda de subida do clock ou no momento do reset. No entanto, no caso da simulação com timing, existe um atraso de ~6ns nestas mudanças. IMPORTANTE: Na prática normalmente não é necessário fazer a simulação temporal, pois através do Time Quest Report é possivel verificar se o circuito atende as restrições de tempo.
create_clock -name CLK50MHz -period 50MHz [get_ports {*}]
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;
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| Unidade 3 - Tipos de Dados e Operadores em VHDL | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Unidade 3 - Tipos de Dados e Operadores em VHDL
package standard is
type boolean is (false,true);
type bit is ('0', '1');
type severity_level is (note, warning, error, failure);
type integer is range -2147483647 to 2147483647;
type real is range -1.0E308 to 1.0E308;
type time is range -2147483648 to 2147483647
units
fs;
ps = 1000 fs;
ns = 1000 ps;
us = 1000 ns;
ms = 1000 us;
sec = 1000 ms;
min = 60 sec;
hr = 60 min;
end units;
subtype natural is integer range 0 to integer'high;
subtype positive is integer range 1 to integer'high;
type string is array (positive range <>) of character;
type bit_vector is array (natural range <>) of bit;
PACKAGE std_logic_1164 IS
TYPE std_ulogic IS ( 'U', -- Uninitialized
'X', -- Forcing Unknown
'0', -- Forcing 0
'1', -- Forcing 1
'Z', -- High Impedance
'W', -- Weak Unknown
'L', -- Weak 0
'H', -- Weak 1
'-' -- Don't care
);
TYPE std_ulogic_vector IS ARRAY ( NATURAL RANGE <> ) OF std_ulogic;
SUBTYPE std_logic IS resolved std_ulogic;
TYPE std_logic_vector IS ARRAY ( NATURAL RANGE <>) OF std_logic;
x = "1----" -- não funciona em VHDL
std_match(x, "1----") -- funciona em VHDL
Ver pag. 60 a 73 de [2]
LIBRARY ieee;
USE ieee.std_logic_1164.all;
USE ieee.numeric_std.all;
ENTITY operadores IS
PORT (
a, b: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
mult: OUT STD_LOGIC_VECTOR(? DOWNTO 0);
div: OUT STD_LOGIC_VECTOR(? DOWNTO 0);
sum: OUT STD_LOGIC_VECTOR(? DOWNTO 0);
sub: OUT STD_LOGIC_VECTOR(? DOWNTO 0);
);
END ENTITY;
ARCHITECTURE type_conv_arch OF operadores IS
BEGIN
-- Inserir o código e definir o tamanho das saidas.
END ARCHITECTURE;
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 ATUAL
Uso da instrução ALIAS.
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;
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| Unidade 4 - Código Concorrente |
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Unidade 4 - Código Concorrente
|
| Unidade 5 - Código Sequencial |
|---|
Unidade 5 - Código Sequencial
[rótulo:] PROCESS [(lista_de_sensibilidade)] [IS]
[parte_declarativa]
BEGIN
afirmação_sequencial;
afirmação_sequencial;
...
END PROCESS [rótulo];
[rótulo:] IF condição THEN
afirmação_sequencial;
afirmação_sequencial;
...
ELSIF condição THEN
afirmação_sequencial;
afirmação_sequencial;
...
ELSE
afirmação_sequencial;
afirmação_sequencial;
...
END IF [rótulo];
[rótulo:] LOOP
afirmação_sequencial;
afirmação_sequencial;
...
END LOOP [rótulo];
[rótulo:] FOR identificador IN faixa LOOP
afirmação_sequencial;
afirmação_sequencial;
...
END LOOP [rótulo];
[rótulo:] WHILE condição LOOP -- Executa as "afirmações enquanto a "condição" for verdadeira
afirmação_sequencial;
afirmação_sequencial;
...
END LOOP [rótulo];
[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];
[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];
[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;
-- 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;
|
| Unidade 6 - Projeto a nível de Sistema |
|---|
Unidade 6 - Projeto a nível de Sistema
entity counter60seg is
generic (fclk: integer := 2); -- valor usado para simulação.
-- generic (fclk: integer := 50_000_000); -- valor usado para implementação com clk de 50 MHz.
port (
clk, rst : in std_logic;
ssd_un, ssd_dz: out std_logic_vector(6 downto 0));
end entity ;
architecture version1 of counter60seg is
-- Versão proposta por Gabriel Cantu (processo único)
...
begin
...
end architecture ;
architecture version2 of counter60seg is
-- Versão proposta por Gustavo Constante (5 processos)
...
begin
...
end architecture ;
configuration counter60seg_cfg of counter60seg is
for version1 end for;
-- for version2 end for;
end configuration;
entity bin2ssd is
port (
bin: in std_logic_vector(3 downto 0);
ssd: out std_logic_vector(6 downto 0));
end entity ;
architecture with_case of bin2ssd is
...
begin
...
end architecture ;
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".
function nome_funçao (lista_parametros_entrada) return tipo_saida is
declarações
begin
afirmações sequenciais
end function;
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;
procedure nome_procedimento (lista_parâmetros_entrada, lista_parâmetros_saída) is
declarações
begin
afirmações sequenciais
end procedure;
|
Unidade 7
- Aula 33 (29 Mai)
- Simulação de sistemas digitais com Modelsim e testbench em VHDL
- Tipos de simulação:
- 1) simulação funcional (usando o QSIM) com entrada gráfica e análise gráfica da saída - OK já visto desde CIL29003
- 2) simulação temporal (usando o QSIM) com entrada gráfica e análise gráfica da saída - OK já visto desde CIL29003
- 3) simulação funcional (usando o ModelSim) com entrada gráfica (gerado com comandos force) e análise gráfica da saída - OK já visto
- 4) simulação temporal (usando o ModelSim) com entrada gráfica (gerado com comandos force) e análise gráfica da saída - Não será visto
- 5) simulação funcional (usando o ModelSim) com entrada VHDL e análise gráfica da saída - Será visto nesta Unidade
- 6) simulação temporal (usando o ModelSim) com entrada VHDL e análise gráfica da saída - Será visto nesta Unidade
- 7) simulação funcional (usando o ModelSim e Matlab) com entrada VHDL e análise em VHDL da saída.
- 8) simulação temporal (usando o ModelSim e Matlab) com entrada VHDL e análise em VHDL da saída.
- Exemplo de Conversor Binário para Gray (Exercício 9.7)
- Para usar o ModelSim 10.1d na CLOUD-IFSC(191.36.8.33) abra um terminal e digite:
/opt/altera/13.0sp1/modelsim_ae/bin/vsim
- ou
vsim
- Para usar o ModelSim 10.1d nos Laboratórios do IFSC campus São José abra um terminal e digite:
/opt/altera/13.0/quartus/modelsim_ae/linux/vsim
- Aula 36 (30 Mai)
- Simulação de sistemas digitais com Modelsim e testbench em VHDL
- Implementar um sistema constituído de dois circuitos de SHIFT RIGHT LOGICAL - SRL_L com entradas de DADOS, LOAD e RESET, e saída paralela. Crie um componente SOMADOR constituido de um somado do tipo UNSIGNED. Conecte as saídas dos SRL_L ao SOMADOR.
- Criar um testbench em VHDL para testar cada componente (SOMADOR, o SRL_L) e o sistema final. (faça com o test bench teste no minimo o funcionamento da entrada LOAD para 2 entradas diferentes de DADOS, o RESET, o SOMADOR e o funcionamento do SRL_L para uma sequencia de pelo menos N clocks, onde N é o número de bits das entradas.
- Note que no final deste projeto, deverão existir pelo menos os arquivos de projeto srl_l.vhd, somador.vhd, sistema.vhd e os arquivos de teste bench correspondentes srl_l_tb.vht, somador_tb.vht, sistema_tb.vht. Para facilitar a simulação no Modelsim recomenda-se criar também os arquivos de script srl_l.do, somador.do, sistema.do.
- DICA: Use o comando do Quartus II para gerar um template para o testbench. Selecione cada componente como TOP LEVEL e faça a ANÁLISE E SÍNTESE em seguida (Processing > Start > Start Test Bench Template Writer).
- Criação de sinais para Test Bench em VHDL
| Geração de sinal de clock |
|---|
-- DECLARAR
constant tclk: time := 1 ns;
signal clk : std_logic := '0';
-- CLOCK COM PERIODO DE 2*tclk (COM CÓDIGO CONCORRENTE)
clk <= not clk after tclk;
-- CLOCK COM PERIODO DE 2*tclk (COM CÓDIGO SEQUENCIAL)
PROCESS
BEGIN
clk <= '1';
wait for tclk;
clk <= '0';
wait for tclk;
END PROCESS;
|
| Geração de sinal de reset |
|---|
-- DECLARAR
constant treset: time := 100 ps;
signal reset : std_logic;
-- RESET COM DURAÇÃO DE treset (COM CÓDIGO CONCORRENTE)
reset <= '1', '0' after treset;
-- RESET COM DURAÇÃO DE treset (COM CÓDIGO SEQUENCIAL)
PROCESS
BEGIN
reset <= '1';
wait for treset;
reset <= '0';
wait;
END PROCESS;
|
| Geração de uma sequencia binária |
|---|
-- DECLARAR
constant t_a: time := 100 ps;
constant Nbits: natural := 8;
signal a : std_logic_vector(Nbits-1 downto 0);
-- GERAÇÂO DO SINAL a = [0 1 2 3 4 ...] COM DURAÇÃO DE t_a em cada valor (COM CÓDIGO SEQUENCIAL)
PROCESS
BEGIN
for i in 0 to 2**Nbits-1 loop
a <= std_logic_vector(to_unsigned(i,Nbits));
wait for t_a;
end loop;
END PROCESS;
|
| Geração de uma sequencia pseudoaleatória |
|---|
-- DECLARAR
constant t_a: time := 100 ps;
constant Nbits: natural := 8;
signal a : std_logic_vector(Nbits-1 downto 0) := (0 => '1', 3 => '1', others => '0');
-- GERAÇÂO DO SINAL a COM DURAÇÃO DE t_a em cada valor (COM CÓDIGO SEQUENCIAL)
-- USANDO UM CONTADOR LFSR
PROCESS
BEGIN
for i in 0 to 2**Nbits-1 loop
a <= (a(0) xor a(2) xor a(3) xor a(4)) & a(Nbits-1 downto 1); -- para 8 bits
wait for t_a;
end loop;
END PROCESS;
|
- Aula 37 (2 Jun)
- Simulação de sistemas digitais com Modelsim e testbench em VHDL
- Tempo livre para a resolução do Exercicio proposto.
Unidade 8
- Aula 38 (6 Jun)
- Introdução ao Projeto de Maquinas de Estado Finitas (FSM) em VHDL
- O que é uma FSM - Finite State Machine
- Modelo de FSM
LIBRARY ieee;
USE ieee.std_logic_1164.ALL;
----------------------------------------------------------
ENTITY < entity_name > IS
PORT (
clk, rst : IN STD_LOGIC;
input : IN < data_type > ;
output : OUT < data_type >);
END < entity_name > ;
----------------------------------------------------------
ARCHITECTURE < architecture_name > OF < entity_name > IS
TYPE state IS (A, B, C, ...);
SIGNAL pr_state, nx_state : state;
ATTRIBUTE ENUM_ENCODING : STRING; --optional attribute
ATTRIBUTE ENUM_ENCODING OF state : TYPE IS "sequential";
BEGIN
------Logica Sequencial da FSM:------------
PROCESS (clk, rst)
BEGIN
IF (rst = '1') THEN
pr_state <= A;
ELSIF (clk'EVENT AND clk = '1') THEN
pr_state <= nx_state;
END IF;
END PROCESS;
------Logica Combinacional da FSM:------------
PROCESS (pr_state, input)
BEGIN
CASE pr_state IS
WHEN A =>
output <= < value > ;
IF (input =< value >) THEN
nx_state <= B;
...
ELSE
nx_state <= A;
END IF;
WHEN B =>
output <= < value > ;
IF (input =< value >) THEN
nx_state <= C;
...
ELSE
nx_state <= B;
END IF;
WHEN ...
END CASE;
END PROCESS;
------Seção de Saída (opcional):-------
PROCESS (clk, rst)
BEGIN
IF (rst = '1') THEN
new_output <= < value > ;
ELSIF (clk'EVENT AND clk = '1') THEN --or clk='0'
new_output <= output;
END IF;
END PROCESS;
END < architecture_name > ;
- Usando o template acima descreva em VHDL a FSM indicada na Figura 11.1.
- Faça a simulação da FSM com Modelsim utilizando um testbench em VHDL que faça a FSM seguir os estados
- rst -> A -(x=0)-> A -(x=1)-> A -(x=2)-> B -(x=2)-> B -(x=0)-> C -(x=0)-> C -(x=2)-> C -(x=1)-> A -(x=2)-> B -(x=1)-> A.
- Ver pag. 277 a 35 de [2]
- Aula 39 (9 Jun)
- Introdução ao Projeto de Maquinas de Estado Finitas (FSM) em VHDL
- Exemplo 11.1 Controlador de uma máquina de Venda
- Compile o código mostrado no Exemplo 11.1.
- Simule a FSM com Modelsim utilizando um testbench em VHDL para gerar o teste mostrado na figura abaixo.
- Exercício: Altere a FSM para vender doces que custam 30 centavos. Considere que as moedas aceitas são 5, 10, 25 e 50 centavos. Desenho primeiro a FSM e em seguida implemente-a em VHDL e faça a simulação.
- Aula 40 (12 Jun)
- Avaliação A2
- Aula 41 (13 Jun)
- Introdução ao Projeto de Maquinas de Estado Finitas (FSM) em VHDL
- Exemplo 11.4 e 11.5 Alarme de carro.
- Projeto de um semáforo temporizado de 3 vias.
PROJETO FINAL
- Aula 42 a 46 (20 Jun a 30 Jun)
- Projeto Final - Sistema de controle de tráfego
- trabalho desenvolvido em equipes (ou individual)
- durante as aulas o professor esclarece dúvidas e orienta o trabalho
- Aula 47 (4 Jul)
- Avaliação de Recuperação de A1 e A2.
-->
Avaliações
- Avaliação A1 - Unidade 2 a 4 (XX/XX/2018) - Local: Lab Redes II.
- Avaliação A2 - Unidade 5 a 7 (XX/XX/2018) - 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/2018) - 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
ESTUDOS SEM ENTREGA DE DOCUMENTAÇÃO
Os exemplos e exercícios essenciais estão destacados em negrito na listagens abaixo.
Referências Bibliográficas:
- ↑ PEDRONI, Volnei A. Eletrônica digital moderna e VHDL; 1ª ed. Rio de Janeiro:Elsevier, 2010. 619p. . ISBN 9788535234657
- ↑ 2,00 2,01 2,02 2,03 2,04 2,05 2,06 2,07 2,08 2,09 2,10 2,11 2,12 2,13 2,14 PEDRONI, Volnei A. Circuit Design and Simulation with VHDL; 2ª ed. Massachusetts-EUA:MIT, 2010. 608 p. ISBN 9780262014335