DLP29006-Engtelecom(2020-2) - Prof. Marcos Moecke
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MURAL DE AVISOS E OPORTUNIDADES DA ÁREA DE TELECOMUNICAÇÕES
Registro on-line das aulas
Unidade 1 - Introdução a disciplina
- 3 AULAS
| Unidade 1 - Introdução a disciplina | ||||
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Unidade 2 - Introdução ao VHDL e ambienta EDA - QUARTUS
- 3 AULAS
| Unidade 2 - Introdução ao VHDL e ambienta EDA - QUARTUS |
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Figura 2.1 - Fluxo simplificado do projeto de FPGA 
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;
Figura 2.2 - Código RTL do Exemplo 2.2 
Figura 2.3 - Technology Map do Exemplo 2.2 
Figura 2.4 - Chip Planner do Exemplo 2.2 
Figura 2.5 - RTL 4 FF 
Figura 2.6 - Simulação Funcional de 4 FF 100ns  Figura 2.7 - Simulação Temporal de 4 FF 100ns  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 {*}]
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
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;
Figura 2.10 - Código RTL do Exemplo 2.3  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 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 {*}]
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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: "IFSC" "teste" "teste123"
elemento ("bit") único: '0' '1' 'Z' (entre aspas simples)
vetor de elementos ("bits"): "0110" "101001Z" (entre aspas duplas)
vetor de 1 elemento ("bit"): "0" "1" (entre aspas duplas)
inteiros: 5 1101 1102 (sem aspas)
0 -> '0' 7 (em base 2) -> "0111" ou b"0111" ou B"0111" 1023 (em base 2) -> "001111111111" ou b"1111111111" ou B"1111111111"
44 (em base 8) -> 5*8^1 + 4*8^0 -> O"54" ou o"54" 1023 (em base 8)-> 1*8^3 + 7*8^2 + 7*8^1 + 7*8^0 -> o"1777" 8#1777#
1023 (em base 16) -> 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
85 (em base 5) -> (3*5^2 + 2*5^1 + 0*5^0) -> 5#320# 1539 (em base 3) -> (2*3^2+0*3^1+1*3^0)*3^4 -> 3#201#E4
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;
Figura 3.1 - Simulação do indicador de vagas 
ATUAL
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
entity tri_state is
generic (N: NATURAL := 1);
port
(
input : in std_logic_vector(N-1 downto 0);
ena : in std_logic;
output : out std_logic_vector(N-1 downto 0);
);
end entity;
architecture tri_state of tri_state is
begin
output <= input when ena = '1' else "Z";
end architecture;
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
entity Ex3_2 is
port
(
x : in STD_LOGIC_VECTOR(1 downto 0);
y : out STD_LOGIC_VECTOR(1 downto 0)
);
end entity;
architecture un3 of Ex3_2 is
begin
y <= "00" when x = "00" else
"01" when x = "10" else
"10" when x = "01" else
"--";
end architecture;
x = "1----" -- não funciona em VHDL
std_match(x, "1----") -- funciona em VHDL PRÓXIMA
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