Mudanças entre as edições de "DLP29006-Engtelecom(2019-2) - Prof. Marcos Moecke"
(→ATUAL) |
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Linha 1 280: | Linha 1 280: | ||
:*Ver pag. 139 a 140 de <ref name="PEDRONI2010b"/> | :*Ver pag. 139 a 140 de <ref name="PEDRONI2010b"/> | ||
+ | |||
+ | {{collapse bottom}} | ||
+ | |||
+ | ===Unidade 5 - Código Sequencial=== | ||
+ | * 7 AULAS | ||
+ | {{collapse top| expand=true| Unidade 5 - Código Sequencial}} | ||
+ | |||
+ | ;Aula 23 (30 set): | ||
+ | *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 | ||
+ | <syntaxhighlight lang=vhdl> | ||
+ | [rótulo:] PROCESS [(lista_de_sensibilidade)] [IS] | ||
+ | [parte_declarativa] | ||
+ | BEGIN | ||
+ | afirmação_sequencial; | ||
+ | afirmação_sequencial; | ||
+ | ... | ||
+ | END PROCESS [rótulo]; | ||
+ | </syntaxhighlight> | ||
+ | :*Instrução '''IF''' | ||
+ | <syntaxhighlight lang=vhdl> | ||
+ | [rótulo:] IF condição THEN | ||
+ | afirmação_sequencial; | ||
+ | afirmação_sequencial; | ||
+ | ... | ||
+ | ELSIF condição THEN | ||
+ | afirmação_sequencial; | ||
+ | afirmação_sequencial; | ||
+ | ... | ||
+ | ELSE | ||
+ | afirmação_sequencial; | ||
+ | afirmação_sequencial; | ||
+ | ... | ||
+ | END IF [rótulo]; | ||
+ | </syntaxhighlight> | ||
+ | :*Exemplos: | ||
+ | ::* DFFs com Reset Assincrono e Reset Sincrono, com Enable, com Preset (Variação Ex 6.1). | ||
+ | ::* Comparar com Latch (sem clk'event). | ||
+ | ::* Simulação funcional do DFFs e do Latch | ||
+ | :*Ver pag. 161 a 160 de <ref name="PEDRONI2010b"/> | ||
+ | |||
+ | <!-- | ||
+ | ;Aula 24 e 25 (22 e 25 abr): | ||
+ | *Código Sequencial. | ||
+ | :* Contador Básico 0-N (baseado no Ex.6.2) | ||
+ | :* Registrador de deslocamento (Ex.6.3) | ||
+ | ;Aula 26 (26 abr): | ||
+ | *Uso do Modelsim para simulação funcional. | ||
+ | :*Use o Modelsim para fazer a simulação dos circuitos sequenciais das aulas anteriores. | ||
+ | ::* Contador Básico 0-N (baseado no Ex.6.2) | ||
+ | ::* Registrador de deslocamento (Ex.6.3) | ||
+ | |||
+ | :*Ver [[Seguindo o tutorial da ALTERA para o MODELSIM]], para utilizar o básico do MODELSIM. | ||
+ | :* [http://www.vhdl.us/Book_VHDL_2ed_unrestricted/Pedroni_VHDL_2ed_tutorial_ModelSim_10.1d_v2.pdf Pedroni VHDL 2ed Tutorial of ModelSim 10.1d] | ||
+ | :* [https://www.youtube.com/watch?v=Z8whdGa7RtY ModelSim Video Tutorial] - Kirk Weedman | ||
+ | :*[[Media:modelsim_tut.pdf |ModelSim® Tutorial]] -v10.0d | ||
+ | :* [[Documentação do ModelSim]], para conhecer mais a fundo o MODELSIM. | ||
+ | |||
+ | ;Aula 27 (29 abr) | ||
+ | Avaliação A1 - UN2, UN3, UN4 | ||
+ | |||
+ | |||
+ | ;Aula 28 (03 mai) | ||
+ | |||
+ | *Código Sequencial | ||
+ | :*Instrução '''WAIT''': WAIT UNTIL, WAIT FOR (simulação apenas), WAIT ON (não implementada no Quartus II). | ||
+ | ::Recomenda-se utilizar a lista de sensibilidade do PROCESS e a instrução IF no lugar do WAIT. | ||
+ | ::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: | ||
+ | <syntaxhighlight lang=vhdl> | ||
+ | [rótulo:] LOOP | ||
+ | afirmação_sequencial; | ||
+ | afirmação_sequencial; | ||
+ | ... | ||
+ | END LOOP [rótulo]; | ||
+ | </syntaxhighlight> | ||
+ | |||
+ | ::*FOR-LOOP: | ||
+ | <syntaxhighlight lang=vhdl> | ||
+ | [rótulo:] FOR identificador IN faixa LOOP | ||
+ | afirmação_sequencial; | ||
+ | afirmação_sequencial; | ||
+ | ... | ||
+ | END LOOP [rótulo]; | ||
+ | </syntaxhighlight> | ||
+ | |||
+ | ::*WHILE-LOOP: | ||
+ | <syntaxhighlight lang=vhdl> | ||
+ | [rótulo:] WHILE condição LOOP -- Executa as "afirmações enquanto a "condição" for verdadeira | ||
+ | afirmação_sequencial; | ||
+ | afirmação_sequencial; | ||
+ | ... | ||
+ | END LOOP [rótulo]; | ||
+ | </syntaxhighlight> | ||
+ | |||
+ | ::*LOOP com EXIT: | ||
+ | <syntaxhighlight lang=vhdl> | ||
+ | [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]; | ||
+ | </syntaxhighlight> | ||
+ | |||
+ | ::*LOOP com NEXT: | ||
+ | <syntaxhighlight lang=vhdl> | ||
+ | [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]; | ||
+ | </syntaxhighlight> | ||
+ | |||
+ | :* Exemplos: | ||
+ | ::* Carry-Ripple Adder (FOR-LOOP) (Ex 6.4) | ||
+ | ::* Leading Zeros (LOOP com EXIT) (Ex 6.5) | ||
+ | ::* Hamming weight com (LOOP com NEXT). | ||
+ | :*Ver pag. 161 a 164 de <ref name="PEDRONI2010b"/> | ||
+ | |||
+ | ;Aula 29 (06 mai): | ||
+ | *Código Sequencial. | ||
+ | :*Instrução '''CASE''' | ||
+ | <syntaxhighlight lang=vhdl> | ||
+ | [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; | ||
+ | </syntaxhighlight> | ||
+ | :* Contador de 0 a 9 segundos com saída SSD (Ex 6.6). | ||
+ | ::* v1 - Unir o código de um contador de 0 a 9 (código sequencial), e o conversor de binário para sete segmentos (código concorrente) | ||
+ | ::* v2 - mudar o conversor para SSD de forma a usar código sequencial (CASE). | ||
+ | ::* v3 - incluir o conversor para SSD de forma a usar código sequencial (CASE)no mesmo processo que tem o contador de 0-9. | ||
+ | :* Projetar um circuito que permita obter um clock com período de 1 segundo, a partir de um sinal de clock com frequência de fclk = 50MHz. | ||
+ | :* Atividade para casa. | ||
+ | <code> | ||
+ | Informamos que o período de avaliação do docente pelo aluno via SAD do primeiro semestre de 2019 inicia em 8 de abril e finaliza no dia 10 de maio. | ||
+ | |||
+ | O link de acesso do SAD é https://avaliacao.ifsc.edu.br/ | ||
+ | |||
+ | Os alunos devem utilizar a MATRÍCULA para usuário e a DATA DE NASCIMENTO para a senha. Lembrar aos alunos que esses dados não ficam registrados, ou seja, as respostas são sigilosas. | ||
+ | </syntaxhighlight> | ||
+ | |||
+ | <!-- | ||
+ | :Exercício: | ||
+ | ::*Implementar um conversor de transmissão de dados com entrada paralela e saída serial. | ||
+ | ::*Simular o circuito com 8 bits | ||
+ | ;Aula 27 (05 out): | ||
+ | |||
+ | |||
+ | ;Aula 28 (10 out): | ||
+ | *Código Sequencial. | ||
+ | :* Implementar no FPGA o circuito com contador de 0 a 9 segundos com saída SSD e clk de entrada de 50MHz. | ||
+ | :::*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 máximo menor (0 a 50-1). Notar que a simulação é extremamente rápida neste caso. | ||
+ | :::*Após verificar que o circuito funciona "simulado", configurar o FPGA do kit Mercúrio IV para implementar este circuito. As informações necessárias estão em [[Preparando para gravar o circuito lógico no FPGA]]. Utilize os pinos (clk = CLOCK_50MHz: PIN_T1, led = DISP0_D[7] : PIN_W1, ssd = DISP0_D[0-6]: PIN_V2 - PIN_W2). | ||
+ | :::* Como o conversor de binário para ssd realizado anteriormente tinha lógica negativa ('0' acende, '1' apaga), será necessário inverter todas as saídas | ||
+ | ssd_out <= not ssd; | ||
+ | :::*Se quiser usar um led na matriz de led é necessário colocar '0' da coluna do Led e '1' na linha correspondente, ou seja utilizar um segundo pino para acender o led. | ||
+ | |||
+ | |||
+ | ;Aula 29 (11 out): | ||
+ | *Projete um contador BCD de 00 a 99 configurável. | ||
+ | ::Efetue a simulação funcional (Usando o QSIM e o Modelsim) fazendo a contagem de 00 a 11 e 00 a 23 (para hora) , de 00 a 59 (para minutos e segundos), e de 00 a 99. | ||
+ | <syntaxhighlight lang=vhdl> | ||
+ | entity Count00_99 is | ||
+ | port ( | ||
+ | clk : in std_logic; | ||
+ | bcd_U : out std_logic_vector(3 downto 0); | ||
+ | bcd_D : out std_logic_vector(3 downto 0) | ||
+ | ); | ||
+ | end entity; | ||
+ | </syntaxhighlight> | ||
+ | |||
+ | *Implementação de um relógio contador BCD de segundos. | ||
+ | :*Utilizando o sistema anterior, inclua um contador em BCD de dois dígitos que permita fazer a contagem de 00 a 99, onde o valor final é configurável. | ||
+ | ::Efetue a simulação funcional (Usando o QSIM e o Modelsim) fazendo a contagem de 00 a 11 e 00 a 23 (para hora) , de 00 a 59 (para minutos e segundos), e de 00 a 99. | ||
+ | <syntaxhighlight lang=vhdl> | ||
+ | entity Timer00_99seg is | ||
+ | port ( | ||
+ | clk50MHz : in std_logic; | ||
+ | clk1seg : out std_logic; | ||
+ | SSD_Useg : out std_logic_vector(0 to 6); | ||
+ | SSD_Dseg : out std_logic_vector(0 to 6) | ||
+ | ); | ||
+ | end entity; | ||
+ | </syntaxhighlight> | ||
+ | ::configure o FPGA do kit Mercúrio IV para implementar este circuito. Utilize os mostradores ssd DISP0_D e DISP1_D. | ||
+ | |||
+ | |||
+ | |||
+ | ;Aula 30 (17 Out): | ||
+ | *Projeto e simulação com Modelsim do sistema Timer00-99 com display de 7 segmentos e divisor de clock. | ||
+ | *Na simulação definir o clk50MHz como 100ms para produzir um clk1sec com duração de 1 segundo. | ||
+ | *Corrigir o primeiro período de clock de clk1sec. É necessário fazer com que o sinal seja alto primeiro e depois vá para baixo de modo a garantir que a transição positiva ocorra depois de 1 segundo. | ||
+ | *'''IMPORTANTE''': Também é necessário incluir um RESET em cada circuito que seja sequencial. Também é necessário iniciar o circuito com um reset de 10 ps na simulação. | ||
+ | *Perceber a necessidade de parametrizar o conversor de bcd2ssd para permitir displays do tipo CA e AA. (ler [[Display de 7 segmentos]]) | ||
+ | *Perceber a necessidade de incluir um sinal que indique o final da contagem no counter00_99. Esse sinal poderá ser usado como clock no relógio a ser projetado. | ||
+ | --> | ||
+ | {{collapse bottom}} | ||
+ | |||
+ | {{collapse top| Unidade 6 - Projeto a nível de Sistema}} | ||
+ | |||
+ | <!-- | ||
+ | [[Arquivo:rtl_timer99sec.png | 800 px]] | ||
+ | |||
+ | Os alunos deverão se organizar em equipes de no máximo 2 alunos, | ||
+ | Realizar um circuito de relógio de 24 horas com saída em display de 7 segmentos, conforme especificado no Moodle. | ||
+ | O circuito deverá ser apresentado funcional, mostrado com simulação no Modelsim e implementado no FPGA DE2-115. | ||
+ | Este projeto será feito extra-classe, e haverá bonus para a próxima avaliação para as equipes que: | ||
+ | 1 - apresentar o primeiro circuito OK. | ||
+ | 2 - apresentar o circuito com o menor número de elementos lógicos (se diferente do primeiro). | ||
+ | 3 - apresentar o circuito com maior frequencia máxima (se diferente dos anteriores). | ||
+ | Independente do bonus todas equipes deverão entregar o circuito na atividade indicada no Moodle. | ||
+ | --> | ||
{{collapse bottom}} | {{collapse bottom}} |
Edição das 08h20min de 30 de setembro de 2019
MURAL DE AVISOS E OPORTUNIDADES DA ÁREA DE TELECOMUNICAÇÕES
Registro on-line das aulas
Unidade 1 - Introdução a disciplina
- 3 AULAS
Unidade 2 - Introdução ao VHDL e ambienta EDA - QUARTUS
- 3 AULAS
Unidade 2 - Introdução ao VHDL e ambienta EDA - QUARTUS |
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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
Video motivational para apreender FPGA, VHDL Microsoft's Bing* Intelligent Search with Intel® FPGAs
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 possível verificar se o circuito atende as restrições de tempo.
create_clock -name CLK50MHz -period 50MHz [get_ports {*}]
/opt/altera/13.0sp1/modelsim_ae/bin/vsim
cd /home/nome_usuario/nome_pasta/...
pwd ls
vlib work vcom -work work n_flip_flop.vhd
vsim work.n_flip_flop
wave create -pattern none -portmode in -language vhdl -range N 1 /n_flip_flop/d wave create -pattern none -portmode in -language vhdl /n_flip_flop/clk wave create -pattern none -portmode in -language vhdl /n_flip_flop/rst wave create -pattern none -portmode out -language vhdl -range 1 N /n_flip_flop/q Será aberta uma janela [Wave] na qual irão ser mostrados as 3 portas de entrada da Entity e a porta de saída. Clique sobre o sinal da porta de saída e [Delete], pois esse sinal não será editado. Aproveite para arrastar com o mouse os sinais na janela Wave para ficarem na seguinte ordem: rst, clk, d.
Clique_direito sobre o sinal rst e selecione [Edit > Create/Modify Waveform] e escolha [Patterns = Constant], [Start Time = 0] [End Time = 1000] [Time Unit = ps] e clique em [Next], [Value = 0] e clique em [Finish]. Ou wave modify -driver freeze -pattern constant -value 0 -starttime 0ps -endtime 1000ps Edit:/n_flip_flop/rst Clique_direito sobre o sinal rst e selecione [Edit > Create/Modify Waveform] e escolha [Patterns = Constant], [Start Time = 20] [End Time = 30] [Time Unit = ps] e clique em [Next], [Value = 1] e clique em [Finish]. Ou wave modify -driver freeze -pattern constant -value 1 -starttime 20ps -endtime 30ps Edit:/n_flip_flop/rst
Clique_direito sobre o sinal clk e selecione [Edit > Create/Modify Waveform] e escolha [Patterns = Clock], [Start Time = 0] [End Time = 1000] [Time Unit = ps] e clique em [Next], [Initial Value = 1], [Clock Period = 100ps], [Duty Cycle = 50] e clique em [Finish]. Ou wave modify -driver freeze -pattern clock -initialvalue 1 -period 100ps -dutycycle 50 -starttime 0ps -endtime 1000ps Edit:/n_flip_flop/clk
Clique_direito sobre o sinal d e selecione [Edit > Create/Modify Waveform] e escolha [Patterns = Counter], [Start Time = 0] [End Time = 1000] [Time Unit = ps] e clique em [Next], [Start Value = 0000], [End Value = 1111], [Time Period = 120ps], [Counter Type = Range], [Count Direction = Up], [Step Count = 1], [Repeat = Forever] e clique em [Finish]. Ou wave modify -driver freeze -pattern counter -startvalue 0000 -endvalue 1111 -type Range -direction Up -period 120ps -step 1 -repeat forever -range 4 1 -starttime 0ps -endtime 1000ps Edit:/n_flip_flop/d
Clique sobre o sinal q na janela Objects e solte-o na janela Wave. Ao final desses passos a janela Wave deverá estar conforme mostrado abaixo:
Selecione com o shift_clique_esquerdo do mouse os sinas d e q (barramentos de 4 bits) e em seguida clique_direito e selecione [radix > unsigned]. A janela Wave deverá estar conforme mostrado abaixo:
Use os comandos da janela de transcript para criar um arquivo tb_FF.do que permite repetir de forma automatica o teste realizado. ################################
# FILE : tb_FF.do
# AUTOR: Marcos Moecke
# DATA : 14 de agosto de 2019
################################
#criacao da library work
vlib work
#compilacao da entity nome.vhd (nao necessita ser compilado no quartus II)
vcom -work work n_flip_flop.vhd
#simulacao na entity nome.vhd
vsim work.n_flip_flop
#edicao do sinal rst
wave create -pattern none -portmode in -language vhdl /n_flip_flop/rst
wave modify -driver freeze -pattern constant -value 0 -starttime 0ps -endtime 1000ps Edit:/n_flip_flop/rst
wave modify -driver freeze -pattern constant -value 1 -starttime 20ps -endtime 30ps Edit:/n_flip_flop/rst
#edicao do sinal clock
wave create -pattern none -portmode in -language vhdl /n_flip_flop/clk
wave modify -driver freeze -pattern clock -initialvalue 1 -period 100ps -dutycycle 50 -starttime 0ps -endtime 1000ps Edit:/n_flip_flop/clk
#edicao do sinal d
wave create -pattern none -portmode in -language vhdl -range N 1 /n_flip_flop/d
wave modify -driver freeze -pattern counter -startvalue 0000 -endvalue 1111 -type Range -direction Up -period 120ps -step 1 -repeat forever -range 4 1 -starttime 0ps -endtime 1000ps Edit:/n_flip_flop/d
#inclusao do sinal de saida q (como BINARY)
add wave -position end sim:/n_flip_flop/q
#inclusao do sinal de saida q (como UNSIGNED)
add wave -position end -radix hexadecimal sim:/n_flip_flop/q
#execucao da simulacao inteira
run -all
#reinicio do tempo e simulacao
restart
#execucao da simulacao por 1000 ps
run 1000 ps
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Unidade 3 - Tipos de Dados e Operadores em VHDL
- 7 AULAS
Unidade 3 - Tipos de Dados e Operadores em VHDL | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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-- Isso eh uma linha de comentario y <= a * b ; --o sinal y recebe o resultado da multiplicacao a x b
caracter: 'A' 'x' '#' (com aspas simples) string de caracteres: "IFSC" "teste" "teste123"
bit único: '0' '1' 'Z' (com aspas simples) vetor de bits: "0110" "101001Z" (com aspas duplas) vetor de 1 bit: "0" "1" (com aspas duplas) inteiros: 5 1101 1102 (sem aspas)
0 -> '0' 7 -> "0111" ou b"0111" ou B"0111" 1023 -> "001111111111" ou b"1111111111" ou B"1111111111"
44 -> 5*8^1 + 4*8^0 -> O"54" ou o"54" 1023 -> 1*8^3 + 7*8^2 + 7*8^1 + 7*8^0 -> o"1777" 8#1777#
1023 -> 3*16^2 + 15*16^1 + 15*16^0 = X"3FF" ou x"3FF" 16#3FF#
1023 -> 1023 ou 1_023 1000 -> 1000 ou 1_000 ou 1E3
5#320# (3*5^2 + 2*5^1 + 0*5^0) -> 85 3#201#E4 (2*3^2+0*3^1+1*3^0)*3^4 -> 1539
constant <constant_name> : <type> := <constant_value>;
A constant pode ser declarado na parte declarativa da ENTITY, ARCHITECTURE, PACKAGE, PACKAGE_BODY, BLOCK, GENERATE, PROCESS, FUNCTION e PROCEDURE. -- Signal sem valor default
-- Para atribuir um valor a um signal use "<=" como operador.
signal <name> : <type>;
-- Signal com valor default
signal <name> : <type> := <default_value>;
-- Declarações comuns de signals
signal <name> : std_logic;
signal <name> : std_logic_vector(<msb_index> downto <lsb_index>);
signal <name> : integer;
signal <name> : integer range <low> to <high>;
O signal pode ser declarado na parte declarativa da ENTITY, ARCHITECTURE, PACKAGE, BLOCK, GENERATE. Os sinais não podem ser declarados no código sequencial (PROCESS, FUNCTION e PROCEDURE), mas podem ser usados. -- Variables devem ser declarada em process ou subprogramas.
-- Para atribuir um valor a um variable use "<=" como operador.
-- Variable sem valor default.
variable <name> : <type>;
-- Variable com valor default.
variable <name> : <type> := <default_value>;
-- Declarações comuns de variables
variable <name> : std_logic;
variable <name> : std_logic_vector(<msb_index> downto <lsb_index>);
variable <name> : integer;
variable <name> : integer range <low> to <high>;
O variable (variável) só pode ser declarada e usada dentro do escopo no código sequencial (PROCESS, FUNCTION e PROCEDURE).
Exemplos de declaração de CONSTANT, SIGNAL, VARIABLE, inicializando o valor usando o agregados CONSTANT a: BIT_VECTOR(5 DOWNTO 0) := (OTHERS => '0'); -- "000000"
CONSTANT b: BIT_VECTOR(7 DOWNTO 0) := (7 => '0', OTHERS => '1'); -- "01111111"
CONSTANT c: BIT_VECTOR(7 DOWNTO 0) := (7 => '0', 6 DOWNTO 0 => '1'); -- "01111111"
CONSTANT d: BIT_VECTOR(7 DOWNTO 0) := "01111111";
SIGNAL e: STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); -- Not initialized
SIGNAL f: STD_LOGIC_VECTOR(1 TO 8) := (2|3|8 => '1', 4 => 'Z', OTHERS => '0' ); -- "011Z0001"
VARIABLE g: BIT_VECTOR(1 TO 16); -- Not initialized
VARIABLE h: BIT_VECTOR(1 TO 16) := (1 TO 8 => '1', OTHERS => '0'); -- "1111111100000000"
A biblioteca standard.vhd define os tipos BIT, BIT_VECTOR, BOOLEAN, INTEGER, NATURAL, POSITIVE, CHARACTER, STRING. 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;
A biblioteca Std logic 1164.vhd define os tipos STD_(U)LOGIG, STD_(U)LOGIG_VECTOR. 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;
A biblioteca Std logic 1164.vhd ainda define algumas funções importantes como a rising_edge que determina se um sinal está na borda de subida (usado em sinais de clock). -------------------------------------------------------------------
-- conversion functions
-------------------------------------------------------------------
FUNCTION To_bit ( s : std_ulogic; xmap : BIT := '0') RETURN BIT;
FUNCTION To_bitvector ( s : std_logic_vector ; xmap : BIT := '0') RETURN BIT_VECTOR;
FUNCTION To_StdULogic ( b : BIT ) RETURN std_ulogic;
FUNCTION To_StdLogicVector ( b : BIT_VECTOR ) RETURN std_logic_vector;
-------------------------------------------------------------------
-- edge detection
-------------------------------------------------------------------
FUNCTION rising_edge (SIGNAL s : std_ulogic) RETURN BOOLEAN;
FUNCTION falling_edge (SIGNAL s : std_ulogic) RETURN BOOLEAN;
-------------------------------------------------------------------
-- edge detection
-------------------------------------------------------------------
FUNCTION rising_edge (SIGNAL s : std_ulogic) RETURN BOOLEAN IS
-- altera built_in builtin_rising_edge
BEGIN
RETURN (s'EVENT AND (To_X01(s) = '1') AND
(To_X01(s'LAST_VALUE) = '0'));
END;
A biblioteca Numeric std.vhd define os tipos UNSIGNED e SIGNED. package NUMERIC_STD is
type UNSIGNED is array (NATURAL range <>) of STD_LOGIC;
type SIGNED is array (NATURAL range <>) of STD_LOGIC;
A biblioteca Numeric std.vhd ainda define os operadores (abs, "+", "-", "*", "\", rem, mod, sll, slr, ror, rol), comparações ("=", '/=', ">", ">=", "<", "<=") e operadores lógicos (not, and, nand, or, nor, xor, xnor) para os tipos SIGNED e UNSIGNED. Além disso também define algumas funções muito utilizadas como: --============================================================================
-- RESIZE Functions
--============================================================================
function RESIZE (ARG: SIGNED; NEW_SIZE: NATURAL) return SIGNED;
function RESIZE (ARG: UNSIGNED; NEW_SIZE: NATURAL) return UNSIGNED;
--============================================================================
-- Conversion Functions
--============================================================================
function TO_INTEGER (ARG: UNSIGNED) return NATURAL;
function TO_INTEGER (ARG: SIGNED) return INTEGER;
function TO_UNSIGNED (ARG, SIZE: NATURAL) return UNSIGNED;
function TO_SIGNED (ARG: INTEGER; SIZE: NATURAL) return SIGNED;
Ver pag. 60 a 73 de [2]
x = "1----" -- não funciona em VHDL
std_match(x, "1----") -- funciona em VHDL
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.numeric_std.all;
entity bin2bcd is
port
(
C : in std_logic_vector (6 downto 0);
sd, su : out std_logic_vector (3 downto 0)
);
end entity;
architecture ifsc_v1 of bin2bcd is
signal C_uns : unsigned (6 downto 0);
signal sd_uns, su_uns : unsigned (6 downto 0);
begin
sd <= std_logic_vector(resize(sd_uns, 4));
su <= std_logic_vector(resize(su_uns, 4));
sd_uns <= C_uns/10;
su_uns <= C_uns rem 10;
c_uns <= unsigned(c);
end architecture;
architecture ifsc_v2 of bin2bcd is
begin
-- Implemente o circuito usando a definição de REM que é: x REM y = x - (x/y)*y
end architecture;
configuration bin2bcd_cfg of bin2bcd is
--A instrução '''configuration''' associa a '''entity''' bin2bcd a '''architecture'''.
for ifsc_v1 end for;
--Para associar a '''entity''' bin2bcd a '''architecture''' ifsc_v2 comente a linha acima e descomente a linha abaixo.
-- for ifsc_v2 end for;
end configuration;
Figura - RTL do conversor de Binário para BCD com 2 digitos Figura - Simulação do conversor de Binário para BCD com 2 digitos
Atributos em VHDL.
Em VHDL existem diversos atributos de sintese que controlam a forma como o processo de "Analysis & Synthesis" é realizado pelo Quartus II. Uma listagem completa pode ser encontrada em:
type fruit is (apple, orange, pear, mango);
attribute enum_encoding : string;
attribute enum_encoding of fruit : type is "11 01 10 00";
entity foo is
port (sel : in std_logic;
data : in std_logic_vector(3 downto 0);
o : out std_logic);
end foo;
architecture rtl of foo is
attribute chip_pin : string;
attribute chip_pin of sel : signal is "C4";
attribute chip_pin of data : signal is "D1, D2, D3, D4";
begin
-- Specify additional code
end architecture;
O uso desse atributo sobrepõe a atribuição dos pinos através da IDE do Quartus II, e por isso não é recomendável. O atributo de síntese chip_pin pode ser usado apenas em portas da entidade "top-level" do projeto. .
O atributo de síntese KEEP, sinaliza ao processo de "Analysis & Synthesis" para manter intacto um determinado signal ou componente. signal a,b,c : std_logic;
attribute keep: boolean;
attribute keep of a,b,c: signal is true;
signal a,b,c : std_logic;
attribute preserve: boolean;
attribute preserve of a,b,c: signal is true;
signal reg1: std_logic;
attribute noprune: boolean;
attribute noprune of reg1: signal is true;
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
attribute attribute_name: attribute_type;
attribute attribute_name of entity_tag [signature]: entity_class is value;
Exemplo:
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
- 4 AULAS
Unidade 4 - Código Concorrente |
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<optional_label>: <target> <=
<value> when <condition> else
<value> when <condition> else
<value> when <condition> else
...
<value>;
<optional_label>: with <expression> select
<target> <=
<value> when <choices>,
<value> when <choices>,
<value> when <choices>,
...
<value> when others;
CONFIGURATION which_mux OF mux IS
FOR Operator_only END FOR;
-- FOR with_WHEN END FOR;
-- FOR with_SELECT END FOR;
END CONFIGURATION;
label: FOR identificador IN faixa GENERATE
[Parte_Declarativa
BEGIN]
Instruções_concorrentes
...
END GENERATE [label];
---------------------
-- FILE my_pkg.vhd --
---------------------
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
package my_pkg is
type a_slv is array(natural range <>) of std_logic_vector (3 downto 0);
end package;
---------------------------
-- FILE vector_adder.vhd --
---------------------------
library ieee work;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.numeric_std.all;
use work.my_pkg.all;
entity vector_adder is
generic (N : natural := 4);
port (
a : in a_slv (0 to N-1);
soma : out std_logic_vector (3 downto 0));
end entity;
-- Versão que realiza a soma diretamente, mas que precisa modificar o código de acordo com o número de entradas.
architecture ifsc_v1 of vector_adder is
signal soma_sig : signed(3 downto 0);
begin
soma_sig <= signed(a(0)) + signed(a(1)) + signed(a(2)) + signed(a(3));
soma <= std_logic_vector(soma_sig);
end architecture;
-- Versão que realiza a soma usando um FOR GENERATE
architecture ifsc_v2 of vector_adder is
begin
end architecture;
---------------------------
-- FILE vector_adder.vhd --
---------------------------
configuration ifsc_cfg of vector_adder is
-- for ifsc_v1 end for;
for ifsc_v2 end for;
end configuration;
entity bin2gray is
generic (N : natural := 4 )
port
(
b : in std_logic_vector(____)
g : out std_logic_vector(____)
)
end entity
architecture ifsc of ____ is
begin
end architecture
entity gray2bin is
generic (N : natural := 4 )
port
(
g : in std_logic_vector(____)
b : out std_logic_vector(____)
)
end entity
architecture ifsc of ____ is
begin
end architecture
entity inc_gray is
port
(
gray_in : in std_logic_vector(____)
bray_out : out std_logic_vector(____)
)
end entity
architecture ____ of inc_gray is
begin
end architecture
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.
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Unidade 5 - Código Sequencial
- 7 AULAS
Unidade 5 - Código Sequencial |
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[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];
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Unidade 6 - Projeto a nível de Sistema |
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Avaliações
Atividade Relâmpago (AR)
As atividades relâmpago são atividades avaliativas opcionais que darão BôNUS adicionais ao aluno na próxima avaliação. Elas normalmente consistem de soluções simples para algum problema ou sistema. Elas são enunciadas na aula, e o prazo e a entrega serão definidos no Moodle. Não são aceitas entregas tardias, e apenas 2 alunos podem receber o bonus. A pontuação das atividades é informada a cada atividade.
Avaliação A1
- Conteúdo avaliado serão as unidades 2 a 4 (cap 1 - 5)
- Data da avaliação (27/09/2019) - Local: LabSiDi.
Avaliação A2
- Conteúdo avaliado serão as unidades 5 a 7 (Cap 6 a 9)
- Data da avaliação (XX/XX/2019) - Local: LabSiDi.
Recuperação R12
- Esta avaliação somente será realizada se necessária, e deverá ser feita na última semana letiva do semestre
- Conteúdo avaliado será as unidades 2 a 7
- Data da avaliação (XX/XX/2019) - Local: LabSiDi.
- As avaliações A1 e A2 são com consulta apenas as folhas de consulta entregues:
- VHDL Quick Reference - SynthWorks
- VHDL Types and Operators Quick Reference - SynthWorks
- ModelSim Quick Reference - SynthWorks
- Tabelas das figuras 3.6, 3.10 e 4.1 do livro do Pedroni.
- Arquivo:Numeric std conversions.png
- Dica use também como fonte de consulta os templates do Quartus.
- Ao final das avaliações o aluno deverá enviar a avaliação para a plataforma Moodle com os arquivos solicitados.
Projeto Final (PF)
- O projeto final é uma atividade de avaliação desenvolvida em equipe, e consiste no desenvolvimento de um sistema que aplica os conhecimento adquiridos durante o semestre. A avaliação do projeto final corresponde a no mínimo 45% do peso no conceito final. São avaliados no projeto final os quesitos: 1) Sistema desenvolvido (projeto, simulação e realização, demostração do harware); 2) Relatório com a documentação completa do projeto; 3) A avaliação individual do aluno durante o desenvolvimento do projeto e/ou entrevista (avaliação oral).
Estudos livres sem entrega de documentação (EL)
- Os estudos livres são fortemente recomendados aos alunos como forma de melhor compreender o assunto estudado em cada unidade. Nas listas de exemplos e exercícios, os essenciais estão destacados em negrito. Não há prazos nem entregas desses estudos no Moodle, mas pede-se que os alunos realizem esses estudos e tirem suas dúvidas nas aulas destinadas a resolução de exercícios, ou nos minutos iniciais das aulas.
EL1 - Resolução dos exercícios do Cap 2 |
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especificado.
---------------------------------------
-- 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 _________ ;
---------------------------------------
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EL2 - Resolução dos exercícios do Cap 3 |
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EL3 - Resolução dos exercícios do Cap 4 |
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EL4 - Resolução dos exercícios do Cap 5 |
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Referências Bibliográficas: