Однако для сложных схем такая замена может быть совершенно не очевидной.
2.2 Формы описания сигналов
Битовое представление сигналов может быть громоздким. На начальных этапах проектирования могут быть использованы другие |типы данных.
Рис. 2.2. Сигнал С может быть описан как bit_vector и как перечислимый тип
Пусть устройство управления (UU) посылает четырехбитовый код в операционное устройство (OU). Четырехбитовый код определяет операцию, подлежащую выполнению. На рис. 2.2 выходной порт устройства управления имеет имя COUT, входной порт операционного устройства - имя OUIN.
Можно описать сигнал С на битовом уровне
signal С: BIT_VECTOR(0 to 3);
или же как перечислимый тип
type CONTROL is (AND, OR, XOR, ADD, SUB,..., TCOMP);
signal C: CONTROL;
Таким образом, если использовать перечислимый тип, i управляющую информацию можно представлять в мнемоническом виде, т.е. именовать команды UU. При этом в архитектурном теле устройства управления можно было бы использовать операторы назначения сигнала, такие как
COUT <= ADD;
а в архитектурном теле операционного устройства
if (OUIN = ADD) then ...
При таком подходе разработчик модели освобождается от необходимости беспокоиться о низкоуровневых деталях.
Другой вариант описания сигнала С выглядит следующим образом:
subtype CONTROL is INTEGER range 0 to 15;
signal C: CONTROL;
Подтип CONTROL ограничивает диапазон значений, которые могут быть присвоены сигналу С, тем самым обеспечивается некоторый контроль ошибок.
В некоторых случаях может понадобиться как битовый уровень, так и более высокий уровень - типа INTEGER. Для преобразования типов нужны функции. Ниже описаны две функции.
Функция BIN4_TO_INT преобразует битовые векторы в целые числа путем суммирования соответствующих степеней двойки. Функция INT_TO_BIN4 выполняет обратную операцию.
Функция INT_TO_BIN4 приведена ниже в пакете vv_vls. Рекомендуется самостоятельно написать VHDL-код функции BIN4_TO_INT, для образца можно воспользоваться VHDL-кодом функции BIN2_TO_INT, находящемся в теле пакета vv_vls.
С использованием функций B1N2_TO_INT, INT_TO_B1N4 легко описывается (на алгоритмическом уровне) поведение схем mult_2, adder_2, входящих в схему VLSI_1 (см. гл. 1). Определим функции BIN2_TO_INT, INT_TO_BIN4 в пакете vv_vls.
package vv_vls is
function bin2_to_int (signal w2,w1: bit)
return integer;
function int_to_bin4
(signal INPUT : integer)
return bit_vector;
end vv_vls;
package body vv_vls is
function bin2_to_int -- функция преобразования битового
(signal w2,w1: bit) -- вектора в число
return integer is
variable sum : integer :=0;
begin
if w1 ='1' then
sum :=1;
else
sum :=0;
end if;
if w2 ='1' then
sum := sum+2;
else
sum := sum;
end if;
return sum;
end bin2_to_int;
function int_to_bin4 -- функция преобразования числа
(signal INPUT : integer) -- в битовый вектор
return bit_vector is
variable fout: bit_vector(0 to 3);
variable temp_a: integer:=0;
variable temp_b: integer:=0;
begin
temp_a:=INPUT;
for i in 3 downto 0 loop
temp_b:=temp_a/(2**i);
temp_a:=temp_a rem (2**i);
if (temp_b=1) then
fout(i):='1';
else
fout(i):='0';
end if;
end loop;
return fout;
end int_to_bin4;
end vv_vls;
library work;
use work.vv_vls.all;
entity mult_2 is -- функциональное описание умножителя
port (s1,s0,r1,r0 : in BIT;
t3,t2,t1,t0 : out BIT);
end mult_2;
architecture functional of mult_2 is
use std.vv_vls.all;
signal ss, rr : integer range 0 to 3;
signal tt : integer range 0 to 9;
signal tt_sig : bit_vector (0 to 3);
begin
ss <= bin2_to_int(s1,s0);
rr <= bin2_to_int(r1,r0);
tt <= ss*rr; -- функция умножителя
tt_sig <= int_to_bin4(tt);
t0 <= tt_sig(0); -- формирование выходных сигналов
t1 <= tt_sig(1);
t2 <= tt_sig(2);
t3 <= tt_sig(3);
end functional;
library work;
use work.vv_vls.all;
entity adder_2 is -- функциональное описание -- сумматора
port (a1,b1,a2,b2 : in BIT;
c2,s2,s1 : out BIT);
end adder_2;
architecture functional of adder_2 is
use std.vv_vls.all;
signal aa, bb : integer range 0 to 3;
signal cc : integer range 0 to 7;
signal cc_sig : bit_vector (0 to 3);
begin
aa <= bin2_to_int (a1,b1);
bb <= bin2_to_int (a2,b2);
cc <= aa+bb; -- функция сумматора
cc_sig <= int_to_bin4(cc);
s1 <= cc_sig(0); -- формирование выходных сигналов
s2 <= cc_sig(1);
c2 <= cc_sig(2);
end functional;
Рекомендуем провести моделирование схемы VLSI_1 (разд. 1.1), используя архитектурные тела functional (алгоритмические описания) для объектов проекта mult_2, adder_2 вместо архитектурных тел structure, представленных ранее в разд. 1.1. Чтобы заменить в VHDL-коде архитектурного тела functional схемы VLSI_1 алгоритмическое описание структурным, необходимо сначала перейти к битовому уровню представления входных сигналов а,b (использовать функцию преобразования типа INTEGER в тип BIT_VECTOR), а затем от битового представления выходных сигналов D перейти к типу INTEGER.
2.3 Пример описания автоматов
Схема с обратной связью
Рассмотрим схему, изображенную на рис. 2.3. В нее входит элемент памяти (D-триггер) и комбинационный элемент И. Данная схема описывается в виде двух процессов, причем для описания функционирования D-триггера вводится функция rising_edge.
architecture circ_feedback of some_entity is
signal b: bit;
function rising_edge (signal s : bit ) return boolean
is
begin
return s = '1' and s'event;
end;
begin
process (clk, reset)
begin
if reset = '1' then
c <= '0';
elsif rising_edge(clk)
c <= b;
end if;
end process;
process (a, c) -- комбинационный процесс
begin b <= a and c;
end process;
end circ_feedback ;
3 Рекомендуемая литература
Литература для самостоятельного изучения языка сгруппирована в директории «Справочники VHDL». Каждое из пособий в некоторой степени дополняет остальные, поэтому предпочтение следует отдавать исходя из собственных навыков работы с литературой и текущих потребностей при подготовке к лабораторным работам. Вместе с тем в первую очередь следует обратить внимание на такие материалы
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
