моап 2011 05

Компиляция и
моделирование VHDL-кода

Языки описания аппаратуры

Хаханова И.В, каф.АПВТ,
ХНУРЭ, e-mail: 1
hahanova@mail.ru 09.02.2011

 Цель лекции: Изучить принципы
моделирования и тестирования VHDL-
проектов
 Содержание:
1. Компиляция, разработка, и моделирование
VHDL - кода
2. Транспортная и инерционная задержки
3. Драйвер сигнала
4. Правило формирования очереди будущих
значений сигнала
5. Оператор wait без параметра

2
Хаханова И.В, каф.АПВТ, ХНУРЭ, e-mail: hahanova@mail.ru 09.02.2011

Компиляция, разработка, и моделирование
VHDL - кода

3

Транспортная и инерционная задержки (1)

VHDL предлагает два типа задержек: транспортную и
инерционную.
 Транспортная соответствует модели задержек на
проводниках схемы. Выходной сигнал повторяет в этом
случае форму входного сигнала с задержкой на указанное
время.
Синтаксис:
signal_name <= transport expression after delay-time
 Инерционная моделирует задержку на вентилях или других
устройствах, не пропускающих короткие импульсы
входного сигнала на выход. Это задержка используется по
умолчанию.
Синтаксис:
signal_name <= reject pulse-width [ inertial ] expression after
delay-time

4


Z1<= transport X after 10 ns; -- транспортная задержка
Z2 <= X after 10 ns; -- инерционная задержка
Z3 <= reject 4 ns inertial X after 10 ns; -- задержка с заданной
длиной
-- отраженных импульсов

10 ns 3 ns 5 ns

X 10 ns
2 ns

Z1

Z2

Z3

0 10 20 30 40 50

5


 В общем случае, использование reject представляет
собой совмещение инерционной и транспортной
задержек. Например, выражение
Z3 <= reject 4 ns inertial X after 10 ns
может быть заменено следующими параллельными
операторами:
 использует инерционную задержку, отражающую
короткие импульсы
Zm <= X after 4 ns;
 Транспортная задержка равна 6 ns, тогда общая
задержка равна 10 ns
Z3 <= transport Zm after 6 ns;

6

Драйвер сигнала
entity simulation_example is Значения Текущее
в очереди значение
end simulation_example;
architecture testi of После разработки A
simulation_example is '0'
time = 0 '0' B
signal A,B: bit;
begin
P1: process(B)
begin
A <= '1';
A <= transport '0' after 5 ns;
end process P1;
P2: process(A)
begin
if A = '1' then
B <= not B after 10 n
end if;
end process P2 ;
end testi;
7

entity simulation_example is
architecture testi of
simulation_example is
signal A,B: bit;
begin
P1: process(B)
begin
A <= '1';
end process P1;
P2: process(A)
begin
if A = '1' then
end if;
end process P2 ;
end testi;
8

signal A,B: bit;
begin
P1: process(B)
begin
A <= '1';
end process P1;
P2: process(A)
begin
if A = '1' then
end if;
end process P2 ;
end testi;
9

signal A,B: bit;
begin
P1: process(B)
begin
A <= '1';
end process P1;
P2: process(A)
begin
if A = '1' then
end if;
end process P2 ;
end testi;
10

signal A,B: bit;
begin
P1: process(B)
begin
A <= '1';
end process P1;
P2: process(A)
begin
if A = '1' then
end if;
end process P2 ;
end testi;
11

signal A,B: bit;
begin
P1: process(B)
begin
A <= '1';
end process P1;
P2: process(A)
begin
if A = '1' then
end if;
end process P2 ;
end testi;
12

signal A,B: bit;
begin
P1: process(B)
begin
A <= '1';
end process P1;
P2: process(A)
begin
if A = '1' then
end if;
end process P2 ;
end testi;
13

Правило формирования очереди
будущих значений сигнала
Для транспортной задержки. Пусть в момент времени T
выполняется последовательный оператор назначения сигнала
A <= transport B after Tnew ns;
В очередь драйвера заносится B со временем T+Tnew
(B@T+Tnew). При этом из очереди будут удалены все значения,
которые сигнал должен был получить в момент T+Tnew и
позже.
Для инерционной задержки. Пусть в момент времени T
выполняется последовательный оператор назначения сигнала
A <= reject Tr inertial B after Tnew ns;
где Tr – полоса пропускания сигнала (импульсы, короче Tr,
отбрасываются).
Тогда из очереди удаляются все значения, которые сигнал должен
был получить в момент времени T+Tnew и позже. Затем
анализируются будущие в диапазоне времени T+(Tnew-Tr) и
T+Tnew. Из них в очереди остаются только будущие значения
сигнала, непосредственно предшествующие и равные
заносимому, остальные удаляются.

14

Пример формирования очереди
 Пусть очередь драйвера сигнала А содержит несколько
будущих значений. В момент времени 10 ns выполняется
последовательный оператор назначения:
A <= reject 5 ns inertial '1' after 8 ns;

Очередь драйвера до выполнения оператора
'1'@18 ns Новое значение

'1'@11 ns 'X'@12 ns '1'@14 ns '0'@15 ns '1'@16 ns '1'@17 ns '1'@20 ns '0'@25 ns
Остаются Остаются Удаляются

Интервал отражения сигналов (13 ns -- 18 ns)

Очередь драйвера после выполнения оператора

'1'@11 ns 'X'@12 ns '1'@16 ns '1'@17 ns ' 1 '@18 ns

15

Пример 1 Пример 2
Допустим, что следующие Допустим, что следующие
последовательные операторы последовательные операторы
выполняются в момент T: выполняются в момент T:
A <= transport B after 1 ns; A <= transport B after 2 ns;
A <= transport C after 2 ns; A <= transport C after 1 ns;
1 B @ T+ 2 ns
B @ T+ 1 ns C @ T+ 2 ns 2 B @ T+ 2 ns C @ T+ 1 ns
3 C @ T+ 1 ns

Пример 3
Рассморим последовательные операторы, выполняемые в момент
времени T:
A <= B after 1 ns; -- используется инерционная задержка
A <= C after 2 ns; -- используется инерционная задержка
1 B @ T+ 1 ns
2 B @ T+ 1 ns C @ T+ 2 ns
3 C @ T+ 2 ns
16

Оператор wait без параметра
architecture test of test is
signal test0, test1: bit;
begin
process is begin
test0<='0' after 10 ns, '1' after 20 ns, '0' after 30 ns, '1' after 40 ns;
test1<= '0' after 10 ns, '1' after 30 ns;
wait;
end process;
end;

architecture test of test is
signal test0, test1: bit;
begin
process is begin
test0<='0' after 10 ns, '1' after 20 ns, '0' after 30 ns, '1' after 40 ns;
test1<= '0' after 10 ns, '1' after 30 ns;
wait for 40 ns;
end process;
end;
17

Выводы
1. В VHDL существует два типа задержек:
транспортная и инерционная.
2. Транспортная задержка моделирует
поведение соединительных линий схемы, а
инерционная – задержки на элементах.
3. Для каждого сигнала получающего
значение создается драйвер, управляющей
текущим и очередью будущих значений
сигнала.
4. Если в процессе для одного сигнала
записано несколько операторов назначения
сигнала, последний все равно имеет только
один драйвер.
18

Контрольные вопросы и задания (1)
1. Какие из приведенных результатов можно получить, моделируя
устройство заданное VHDL кодом?
entity INV is
port (A :in BIT; Y :out BIT);
end entity INV; A A A

architecture INV of INV is a) b) c)
Y Y Y

begin 5 ns 5 ns 5 ns

Y <= transport A after 5 ns;
end architecture INV;

2. Какие из приведенных результатов можно получить, моделируя
устройство заданное VHDL кодом?
entity INV is
port (A :in BIT; Y :out BIT);
end entity INV;
architecture INV of INV is a) b) c)
begin A
A A

Y <= A after 5 ns; Y
Y Y

end architecture INV; 5 ns
5 ns
5 ns

19

3. В следующем VHDL-процессе A, B, C и D – целые числа, которые имеют
значение 0 в момент времени 10 ns. Сигнал E переключается с '0' в '1' в момент
20 ns. Определить время изменения каждого сигнала и получаемые им
значения. Перечислить эти изменения в хронологическом порядке (20, 20 +  ,
20 + 2 , ... .):

a) b) c)
p1: process p1: process p1: process
begin begin begin
wait on E; wait on E; wait on E;
A <= 1 after 5 ns ; A <= 1 after 5 ns ; A <= 1 after 5 ns ;
B <= A + 1; B <= A + 1; B <= A + 1;
C <= B after 10 ns; C <= B after 10 ns; C <= B after 10 ns;
wait for 0 ns ; wait for 10 ns ; wait for 0 ns ;
D <= B after 3 ns; D <= B after 3 ns; D <= B after 3 ns;
A <= A + 5 after 15 ns; A <= A + 5 after 15 ns; transport A <= A + 5 after 15ns;
B <= B + 7; B <= B + 7; B <= B + 7;
end process pi; end process pi; end process pi;
20

4. Указать транзакции, занесенные в драйвер, при выполнении
следующих операторов и значения, получаемые z во время
моделирования:
z <= transport '1' after 6 ns;
wait for 3 ns;
wait for 5 ns;
wait for 1 ns;
5. Какое будет иметь значение сигнал Е по окончании
моделирования устройства.
entity TEST is process (A,B,C)
end entity TEST; begin
architecture TEST of TEST is E <= 3 + C;
signal A,B,C : INTEGER :=1; E <= A + B;
signal E : INTEGER range 0 to 15; end process;
begin end architecture TEST;
21

6. Какое будет иметь значение 7. Допустим, что A=B=1. Cигнал A
сигнал S после инициализации измениться из 1 в 0 в момент
и по окончании моделирования. времени 35 ns. Сколько циклов
моделирования будет
library IEEE; выполнено в этот момент
времени.
use IEEE.STD_LOGIC_1164.all; entity TEST is
port (A: in BIT);
entity TEST is end entity;
end entity TEST;
architecture TEST of TEST is
architecture TEST of TEST is signal B,C: BIT;
signal S: STD_LOGIC; begin
begin process (A) begin
process (S) B <= A;
begin end process;
if S='U' then S<='Z'; end if; process (B) begin
if S='Z' then S<='1'; end if; C <= B;
end process; end process;
end architecture TEST; end architecture;
22


8. Записать транзакции, которые будут занесены в очередь после
выполнения следующих операторов и записать значения
которые x получит во время моделирования. Начальное
значение x равно 0.

x <= reject 5 ns inertial 1 after 7 ns, 23 after 9 ns, 5 after 10 ns,
23 after 12 ns, - 5 after 15 ns;
wait for 6 ns;
x <= reject 5 ns inertial 23 after 7 ns;

23

Ответы
4.

24

моап 2011 05

More Related Content

What's hot (16)

Viewers also liked (20)

More from Irina Hahanova (13)

моап 2011 05