GESTION DE LA JERARQUIA

Modelo de un proceso

El modelo de simulación en VHDL consiste de múltiples procesos que se encuentran ejecutándose secuencialmente.

Proceso

____________________

Proceso

____________________

Proceso

____________________

Concurrentes vs. Secuencial

Este modelo puede tener cualquier numero de procesos.

El proceso es visto como una sola sentencia concurrente.

Se puede tener n número de sentencias concurrentes y por lo tanto cualquier número de procesos.

architecture A of E isbegin -- concurrent statements P1: process begin -- sequential statements end process P1; -- concurrent statements

P2: process begin -- sequential statements end process P2;

-- concurrent statmentsend A;

Asignación de señales en un proceso

Procesos concurrentes: múltiples drivers.

Architecture CONCURRENT of MULTIPLE is

signal A, B, C ,D : std_ulogic;

signal Z : std_logic;

Begin

Z <= A and B;

Z <= C and D;

End CONCURRENT;

Tenemos dos asignaciones a la señal Z, realizadas fuera de un proceso. Las sentencias fuera de un proceso son concurrentes y por lo tanto Z tiene dos drivers

??

A

B

C

D

Z

Dentro de un proceso: un solo driver.

Dentro de este ejemplo similar, las dos asignaciones a Z se encuentran dentro de un proceso. (Un proceso puede definir únicamente un driver en una señal)

architecture SEQUENTIAL of MULTIPLE is

signal Z, A, B, C, D : std_ulogic;

begin

process(A, B, C, D)

begin

Z <= A and B;

Z <= C and D;

end process;

end SEQUENTIAL;

C

DZ

El lenguaje define que en un proceso, la última asignación hecha a una señal tiene efecto, pero únicamente cuando el proceso se suspende (final del proceso)

architecture SEQUENTIAL of MULTIPLE is

signal Z, A, B, D : std_ulogic;

begin}

process (A, B, C, D)

begin

Z <= A and B;

Z <= C and D;

end process;

end SEQUENTIAL;

Última asignación

cuando se suspende

Tiene efecto

Diferente significado

Estas mismas dos sentencias tienen significado muy distinto, dependiendo si se ejecutan dentro o fuera de un proceso.

process (A, B, C, D)begin

Z <= A and B;Z <= C and D;

end process;

Architecture X of MULTIPLE is…begin

Z <= A and B;Z <= C and D;

end X;

=

¿Llamadas a múltiples procesos?

Un proceso puede ser potencialmente ejecutado varias veces antes de que todas las señales sean actualizadas.

Ejemplo

SEÑALES ASIGNADAS DESPUES DE UNA LECTURA.

Tenemos un proceso con asignación a la señal M, y el valor de M es también leído en el proceso

B cambia de 0 a 1.

EJEMPLO: process (A, B, M)

begin

Y <= A;

M <= B;

Z <= M;

end process EJEMPLO;

A: 0B:1M:0Z:0

Evento en B

Proceso llamado

Actualización de valores

Ejemplo: process(A,B,M)beginY <= A;M <=B;Z <=M;end process Ejemplo;

La asignación no es inmediata!

En este punto Z sigue teniendo valor 0!

Actualización de valores

A

B

M

Z

El proceso termina la primera ejecución

Z no ha sido actualizada!

T1process

T1process: Tiempo que tarda en ejecutarse el bloque “process”

Debido a que M ha cambiado de 0 a 1 (por la asignación M<=B), el proceso vuelve a ejecutarse

A

B

M

Z

T1process

Ejemplo: process(A,B,M)BeginY <= A;M <=B;Z <=M;end process Ejemplo;

Segunda ejecución del procesoAl ejecutarse esta línea Z no es afectada!

Actualización de valores

A

B

M

Z

T1

process

Termina la segunda ejecución del proceso

T2

process

ENTRADA Y SALIDA

Definición de entrada/salida

Se necesitan dos pasos para definir las entradas/salidas.

A) El tipo buffer (entrada, salida, tres estados ,etc.)

B) La asignación de pins (pin particular del circuito)

Definición del tipo en el código

Inferir o instanciar la entrada y salida.

La herramienta de síntesis Xilinx es capaz de inferir automáticamente los tipos de entrada/salida.

Jerarquía separada para entrada/salida Existen herramientas que

no infieren en la entrada/salida básica.

Para poder instanciarlos consultar el manual de uso del fabricante.Instanciación de los

componentes de la lógica del núcleo

Buffer E/S

Nivel Superior

Definición del tipo en la herramienta de síntesis

Se puede realizar de forma separada la definición de entrada/salida.

Se selecciona los tipos de buffer y se asignan a los puertos de la lógica del núcleo.

Asignación de los pins de entrada/salida

Asignación de pins en las Herramientas de

Foundation.

User Control File (.UCF)

Con las herramientas de Xilinx, la asignación de los pins es a través del archivo (.UCF).

Tres estados y entrada/salida bidireccional

Dentro de la familia Xilinx es capaz de soportar entrada/salida bidireccional, de tres estados o con registros, etc.

Salida de 3 estados

Las herramientas de síntesis tienen la habilidad de inferir automáticamente celdas de entrada/salida tanto salidas de 3 estados como bidireccionales.

Código VHDL

Síntesis

OUT

IN

EN

OUT

EN

‘Z’

‘Z’

Estilo de código para inferir 3 estados.

El uso de la asignación de Z es la que permite a la herramienta de síntesis inferir en el buffer de tres estados.

if (EN = ‘0’) then OUT_PAD <= BUS_OUT;

else OUT_PAD <= ‘Z’;end if;

Síntesis

BUS _OUT OUT_PAD

EN

Código para inferir entradas y salidas bidireccionales

CORE_IN <= BIDI;process (CORE_OUT, BIDI)if (EN=‘0’) then BIDI <= CORE_OUT; else BIDI <= ‘Z’;end if;end process;

Síntesis

BIDIEN

CORE_OUT

CORE_IN

Sentencia concurrente

Uso de la asignación al valor Z

Entrada/Salida con registro

La implementación es automática utilizando un registro en la celda de entrada/salida apropiada si esta disponible.

Debe soportar el uso implícito de enable y reset síncronos en la celda.

CLK

D

Q

Terminal de Terminal de SalidaSalida

Inserción de registros durante MAP

Además las herramientas de implementación de Xilinx tiene un interruptor que les permite poner registros en las celdas de entrada/salida donde sea apropiado.

Pull-up

Xilinx en su mayoría de dispositivos permite el uso de pull-up/down, en las terminales de entrada/salida.

Requerimentos de ruteo especiales

En ocasiones, se requiere que las señales de reset y del reloj, tengan mejor velocidad y desempeño.

Sucede cuando alguna señal se distribuye en una red de elementos (alto fanout).

Si la herramienta de síntesis no infiere esta red, se debe especificar con STARTUP, una red llamada GSR (Global set/reset)

Redes para reloj

Al sintetizar Xilinx, instancia buffers globales automaticamente en redes de reloj.

Si esto no sucede, entonces debe instanciarse una celda de buffer global para manejar la red del reloj

Los Buffers Genéricos son:

XC3000 BUFG

XC5200 BUFG

XC4000E BUFGP,BUFGS

BUFG

Puede ser aplicado sobre un IBUF (buffer de entrada), o sobre redes internas que manejan señales de CLK.

El efecto que tiene es conectar una señal, por la ruta mas corta, a la red sobre la que se aplica el BUFG

Ejemplos: BUFG = CLK: mapea hacia una línea global de reloj

(GCK) BUFG = OE: mapea hacia una línea global de control 3-

estado. BUFG = SR: mapea a una linea global de control

set/reset

Sintaxis BUFG

attribute BUFG: string; attribute BUFG of signal_name: signal is “{CLK|OE|SR|

DATA_GATE}”;

Señales internas de 3 estados

El uso de buffers internos ayuda en ocasiones a simplificar el diseño

Estos buffers pueden ser implementados de tres maneras:

- tres estados- and cableada- or-and cableada

Para el uso de un mux 5-1, el uso de estos elementos simplifica el diseño

Mux 5-1 con Buffers internos

Xilinx infiere cuando instanciar automáticamente buffer, (BUFT)

Decodificadores amplios(Wide Edge Decoder)

En ocasiones es de mucha utilidad contar con un decodificador de direcciones, por ello Xilinx tiene circuiteria dedicada sobre el contorno del dispositivo, por lo que las señales de entrada pueden ser decodificadas. Estos decoficadores son implementados con celdas and y pull-up.

Existe el tipo WAND, que permite instanciar este tipo de decodificadores.

TIEMPO

VHDL nos permite modelar el tiempo, que es una parte importante al describir sistemas electrónicos.

ESTRUCTURA

Composición de elementos.

ENTIDAD

La entidad en VHDL describe la interfase de un bloque jerárquico, sin describir su comportamiento.

La entidad es equivalente a un “símbolo” en un diseño basado en una estructura esquemática.

Es la porción de código que permite definir en particular Entradas y Salidas

ENTIDAD: Informaciones Complementarias

- Equivalente a símbolos en los esquemas.- Los “ports” de entrada/salida deben imperativamente

estar declarados dentro de la entidad y definir su modo:

in, out, inout, buffer.

Modo por defecto:in

- Los “ports” pueden igualmente ser declarados en forma de “señales” simples (ej. Bit) o en forma de bus (ej: bit_Vector).

EJEMPLO DE ENTIDAD

Ejemplo:

entity Ejemplo is

port(

A,B:in bit_vector(7 downto 0);

SEL:in bit;

Mux_OR:out bit );

end Ejemplo;

Equivalencia Esquemática Sel

Símbolo Ejemplo

B[7:0]

A[7:0]

MUX_OR

ENTIDAD: Sintaxis de declaración

entity EJEMPLO is port(Lista puertos de entrada/Salida comprimiendo:

Nombre_de_señal:modo y tipo.);end [EJEMPLO];

--Los corchetes “[]” indican que es opcional usar de --nuevo el nombre de la entidad después de la palabra-- clave end.- El nombre dado a la entidad puede ser cualquiera. (excepto las

palabras reservadas).- Dar de preferencia el mismo nombre a la entidad y al fichero VHDL

(En este caso EJEMPLO.vhd)- La lista de puertos está comprendida entre dos paréntesis y

seguida de un punto y coma.- Nombre de la entidad opcional después de la palabra “end”.

ARQUITECTURA

Porción de descripción del comportamiento del dispositivo a sintetizar.

La arquitectura describe el comportamiento de la entidad.• Esta asociada a una

entidad• (dentro del mismo

fichero)• Posee una parte

declaratoria y una parte operatoria.

Entidad y Arquitectura

Una entidad puede tener mas de una arquitectura.

Una aplicacion es útil, esto es cuando un diseño es descrito a varios niveles de abstracción: pueden existir descripciones a nivel de comportamiento, RTL y de compuertas, del mismo diseño, o varias formas de describir el mismo circuito.

PAQUETE

Un paquete tiene una colección de definiciones que pueden ser referenciados por varios diseños al mismo tiempo.

ARREGLOS

Son elementos del mismo tipo. VHDL define dos tipo de arreglo estándar: bit_vector y string.

Un arreglo en VHDL tiene las siguientes tres características1.-El tipo de elementos en el arreglo (tienen que ser del mismo tipo)2.-La longitud de el arreglo3.-Los índices del arreglobit_vector representa un tipo especial de arreglo en el cual el numero de bits o la longitud del arreglo no es restringida y es puesta en la declaración del objeto

1 2 3 4Signal

C_BUS

3 2 1 0Signal

Z_BUS

Declaraciones legalessignal Z_BUS: bit_vector (3 downto 0)signal C_BUS: bit_vector (1 to 4)

Declaraciones ilegalessignal Z_BUS: bit_vector (0 downto 3)signal C_BUS: bit_vector (3 to 0)

bit string literal.

Es una notación para especificar el valor de un bit_vector.

signal SIG_A: bit_vector (7 downto 0)

SIG_A <= B”1110_0011” --(22710)SIG_A 1 1 1 0 0 0 1 1

7 6 5 4 3 2 1 0

B”11111010” B”1111_1010”

B”11111010”X”FA”

O”372” B”011111010”

Designación Base

B Binaria

O Octal

X Hexadecimal

Asignación por posición.

Dos objetos de tipo arreglo pueden ser asignados uno al otro, mientras sean del mismo tamaño y del mismo tipo:

Notar que la asignación es por posición y no por número de índice. El concepto de bit más significativo no esta definido en VHDL.

signal Z_BUS: bit_vector(3 downto 0);

signal C_BUS: bit_vector(1 to 4);

Z_BUS(3) <= C_BUS(1);Z_BUS(2) <= C_BUS(2);Z_BUS(1) <= C_BUS(3);Z_BUS(0) <= C_BUS(4);

Z_BUS <= C_BUS;

3 2 1 0Signal

Z_BUS

1 2 3 4Signal

C_BUS

Parte de un arreglo. (Slices)

Una parte de un arreglo unidimensional, en general, y un bit_vector en particular puede ser referenciado, inclusive por un solo elemento. La dirección de esta parte (es decir, to o downto) debe corresponder con la dirección del arreglo declarado.

signal Z_BUS: bit_vector(3 downto 0);

signal C_BUS: bit_vector(1 to 4);

legalZ_BUS (3 downto 0) <=“00”C_BUS:(2 to 4) <= Z_BUS (3 downto 1);

ilegalZ_BUS (0 to 1) <=“111”

Los slices de vectores de bit son útiles debido a que a menudo pueden ser vistos como colecciones de campos, donde cada campo lleva una pieza de información. Por ejemplo un vector de bit que represente la instrucción de una computadora puede contener un campo representando el tipo de instrucción.

Concatenación y agregados.

Ahora se discuten dos conceptos conocidos como concatenación y agregado. Estos son dos métodos que sirven para asociar señales entre ellos y asignarlas a un arreglo de objetos.

Concatenación

VHDL tiene la habilidad de asociar bits individuales y vectores para formar una estructura de arreglo. Esto es conocido como concatenación y utiliza el operador “ampersand” (&). Los ejemplos muestran que bits individuales y vectores de bits pueden ser concatenados para formar nuevos vectores

signal Z_BUS: bit_vector(3 downto 0);

signal A,B,C,D: bit;

signal BYTE: bit_vector(7 downto 0);

signal A_BUS: bit_vector(3 downto 0);

signal B_BUS: bit_vector(3 downto 0);

Z_BUS<= A & B & C & D

BYTE<=A_BUS & B_BUS

Agregados.

Otro método de asignación a elementos de un arreglo es conocido como agregado.Un agregado esta contenido entre paréntesis y las asignaciones a cada elemento son separadas por comas.

Z_BUS<=(A, B, C, D);

signal Z_BUS: bit_vector(3 downto 0);signal A,B,C,D: bit;

Z_BUS(3)<=A;Z_BUS(2)<=B;Z_BUS(1)<=C;Z_BUS(0)<=D;

Especificando los elementos por nombre.

Es posible asignar a los elementos de un arreglo por nombre o por posición.

Este ejemplo demuestra que también un rango del arreglo puede ser asignado, siempre y cuando el mismo valor sea asignado a cada elemento del rango.

X<= (3=>’1’, 1 downto 0 =>’1’, 2=>B)

signal X: bit_vector(3 downto 0);signal A,B,C,D: bit;signal BYTE:bit_vector(7 downto 0)

nombre rango nombre

Others, soporte para síntesis.

Los agregados tienen la habilidad de usar la sentencia others, la cual asignará un valor a todos los otros elementos de un arreglo que no han sido especificados. Finalmente, no todas las herramientas de síntesis soportan el uso de agregados, por lo que puede ser necesario usar concatenación para realizar manipulaciones sobre arreglos.

X<= (3=>’1’, 1 =>’0’, others=>B)

signal Z_BUS: bit_vector (3 downto 0);signal A,B,C,D: bit;signal BYTE:bit_vector(7 downto 0);