UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE TECNOLOGIA DISCIPLINAS: CIRCUITOS E SISTEMAS DIGITAIS GUIA PRÁTICO MAX-PLUS II VERSÃO 7.

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE TECNOLOGIA DISCIPLINAS: CIRCUITOS E SISTEMAS DIGITAIS GUIA PRÁTICO MAX-PLUS II VERSÃO ESTUDANTE Prof. Dr. José Renes Pinheiro Prof. Dr. Hélio Leães Hey Monitor: Robinson Figueiredo de Camargo

2 01 ÍNDICE DE LOCALIZAÇÃO O Software MAX+PLUS II VERSÃO Arquiteturas da ALTERA AHDL (Altera Hardware Description Language) APLICATIVOS DO GERENCIADOR MAX+PLUS II EXEMPLO PARA A CONSTRUÇÃO DE UM CIRCUITO DIGITAL ADICIONANDO UM NOVO COMPONENTE CRIANDO SEU PRÓPRIO COMPONENTE OPÇÂO CLOCK DESEJA AUMENTAR TEMPO DE SIMULAÇÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 21

3 02 O Software MAX+PLUS II VERSÃO 7.21 O software Altera MAX+PLUS II (Multiple Array matrix Programable Logic User System) versão 7.21, trata-se de uma edição estudantil da versão comercial do software MAX+PLUS II 8.0 possuindo muitos aspectos em comum. É um pacote provido de programas para Edição, compilação, verificação (simulação e análise no tempo) e gravação de PLD s altera de todas as famílias Altera. Este software suporta esquemas e textos baseados em linguagem de descrição de hardware incluindo Altera linguagem de descrição de hardware (AHDL) e (VHDL). O software MAX+PLUS II é um software constituído de uma multiplataforma, ambiente de arquitetura - independente a fim de que seja facilmente adaptável as necessidades do usuário. Oferecendo fácil implementação do projeto, processamento inteligente, e como saída obtém-se a programação do chip (PLD). Um projeto completo é constituído de vários arquivos de entrada (arquivo projeto), cada arquivo contém um conjunto de informações, que são compartilhadas entre os demais arquivos da hierarquia formada no momento da compilação ou simulação, de tal forma que os arquivos da hierarquia em conjunto descrevem o projeto desde a linguagem de descrição hardware (AHDL ou VHDL) até a especificação dos pinos de I/O do PLD a ser programado. Para isso o MAX+PLUS II é composto de três editores de entrada: editor gráfico, editor de texto e editor de formas de onda e dois editores auxiliares: o editor de planta baixa e editor de símbolos. Através dos quais são criados os arquivos projeto que formarão a árvore (hierarquia). Arquiteturas da ALTERA A Altera propõe uma série de arquiteturas programáveis as quais nomeia CPLD (Complex Programmable Logic Devices). As CPLDs utilizam matrizes de interconecção onde os atrasos nas conexões são previsíveis e, uma vez os blocos alocados, independem do seu roteamento. Os tipos de roteamento implementados nas arquiteturas Altera são os seguintes: - Global Interconnect; - PIA Programmable Logic Array e Enhanced Programmable Logic Array; - Fast Track Interconnect. Do ponto de vista da implementação das funções lógicas no interior dos blocos lógicos, as arquiteturas podem ser classificadas em dois grupos: - Arquiteturas MAX (Multiple Array Matrix): são EPLDs onde a estrutura do bloco lógico está baseada em soma de produtos (SOP);

4 03 - Arquiteturas FLEX (Flexible Logic Elements Matrix): são EPLDs onde a estrutura do bloco lógico está baseada em Look-up Tables (LUT). Do ponto de vista da Tecnologia de programação dos componentes, as arquiteturas podem ser classificadas em quatro grupos: - SRAM; - FLASH; - EEPROM; - EPROM. As arquiteturas de circuitos programáveis da Altera são: - Arquitetura Classic; - Arquitetura MAX 5000; - Arquitetura MAX 7000; - Arquitetura MAX 9000; - Arquitetura FLEX 8000; - Arquitetura FLEX 10000; - Arquitetura FLASHlogic. Evolução das Arquiteturas da Altera

5 04 AHDL (Altera Hardware Description Language) É uma linguagem desenvolvida sobre declarações que definem uma lógica de funcionamento, na qual o circuito é construído. Os elementos e declarações desta linguagem são poderosos versáteis e fáceis de usar. Você pode criar todo seu projeto em AHDL ou mesclá-lo com outros tipos de arquivos de projeto. Embora você possa utilizar qualquer editor de texto ASCII para criar um projeto em AHDL, o editor de texto do sistema MAX+PLUSII permite uma série de vantagens devido a suas características de construção que tornam o seu projeto muito mais fácil e simples. Estas facilidades, e todo o suporte sobre o seu funcionamento estão contidos em seu HELP, que pode ser acessado on-line. Vantagens da utilização de HDL (Hardware Description Language) Desenvolver o projeto em linguagem descritiva de hardware permite inúmeras vantagens. Podemos dizer que o projetista não necessita possuir conhecimentos profundos em circuitos e sistemas digitais para desenvolver o seu projeto. O projeto em linguagem descritiva de hardware facilita modificações e correções de erros, podendo assim, o projetista ampliar facilmente o seu projeto com apenas algumas modificações em algumas linhas de comando. Passos Básicos para Formação de um Projeto Abaixo serão relacionados os passos básicos na formação do projeto completo: 1º Criação de um novo arquivo de projeto ou uma hierarquia para múltiplos arquivos de projeto em uma combinação dos três editores de entrada.(text EDITOR, GRAPHIC EDITOR ou WAVEFORM EDITOR). 2º Especificar o arquivo de projeto que será o topo da hierarquia. 3º Especificar a família lógica para o projeto. Se o usuário não especificar o compilador se encarrega de determinar a família mais adequada para o projeto. Abrir a janela do compilador e acionar a compilação do projeto. Se você desejar, você pode acionar o Timing SNF Extrator Module para que o compilador crie um arquivo netlist para simulação e análises no tempo. Uma vez obtendo sucesso na compilação pode-se observar a o desempenho através da simulação e analise no tempo. Para rodar a análise basta abrir a janela ANLYZER, selecionar um modo de análise e acionar o botão start. Já para a simulação primeiro deve-se criar um vetor de entradas Simulator Chanel File (.scf) através do waveform editor ou um Vector File através do text editor.

6 05 A janela do gerenciador MAX+PLUS II é aberta automaticamente quando você inicia o software, esta janela possui alguns comandos comuns a todas as versões do software MAX+PLUSII, conforme figura 1,por exemplo abrir um arquivo, compilar ou simular o projeto corrente ou mudar para um outro projeto, bem como comandos específicos da versão mais atualizada se for o caso. Para a versão 7.21 ou 8.0 o gerenciador é constituído de 11 programas aplicativos. Figura 1 Estes mesmos programas aplicativos também podem ser acionados por ícones fora dos menus do gerenciador, conforme descrição abaixo: Aplicativos do gerenciador MAX+PLUS II: Ícones - Hierarchy Display - mostra a hierarquia atual que se está trabalhando onde pode ser visualizada a árvore hierárquica e o tipo de cada arquivo que ela compõe se é texto, diagrama esquemático ou arquivo de forma de onda. Também é possível abrir ou fechar um ou mais arquivos da hierarquia diretamente para modificar o seu conteúdo. Graphic Editor - abre o editor gráfico para a construção do diagrama esquemático onde blocos são interligados para formar o circuito lógico, cada

7 bloco representa primitivas, macrofunções e megafunções presentes nas bibliotecas Altera ou pode haver um ou mais blocos criados pelo próprio usuário. 06 Symbol Editor - permite a edição de símbolos existentes nas bibliotecas Altera ou criação de um novo. Text Editor - o editor de texto permite criar ou editar textos escritos em linguagem de descrição de hardware AHDL ou VHDL, bem como os demais arquivos de texto que compõem um projeto. Waveform Editor - este editor pode servir para duas finalidades: como ferramenta para um arquivo de entrada ou para entrar com vetores de teste e verificar os resultados na simulação. Floorplan Editor - permite ao programador designar a lógica para o pino de saída do chip e a disposição das células lógicas no chip graficamente, possibilitando ao usuário a visualização dos pinos no chip para eventualmente efetuar a ligação deste à célula lógica contida no logic array block. Compiler - processa projetos lógicos das famílias Altera já mencionadas, podendo-se utilizar partes ou todo o processo de compilação do projeto. Simulator - utilizado para testar operações lógicas e temporização interna (tempo de setup, hold,...) do circuito lógico. Timing Analyzer - Analisa a performance do circuito lógico otimizando-o para a compilação. Programmer - possibilita a programação, verificação, e teste do chip. Message Processor - mostra os erros, perigos, e mensagens sobre o estado do projeto.

8 07 EXEMPLO PARA A CONSTRUÇÃO DE UM CIRCUITO DIGITAL 1º Passo) Após entrar no programa Max+Plus II, abrir um novo arquivo, conforme figura 2 abaixo; FIGURA 2 2º Passo) Selecionar o tipo de arquivo, para nosso exemplo selecionamos o Graphic Editor File, conforme figura 3; FIGURA 3

9 08 3º Passo) Selecionar no menu Symbol, o item Enter Symbol, conforme figura 4; FIGURA 4 4º Passo) Então dentro da livraria de símbolos (Symbol Libraries), escolha a livraria (prim, mf, mega ou edit) onde se encontra o dispositivo desejado, para este exemplo selecionaremos a livraria c:\maxplusii\max2lib\prim, digite então OK e aparecerão os dispositivos contidos nesta livraria;

10 FIGURA º Passo) Selecionamos a porta lógica And2, digite OK, observe a figura 6 abaixo; FIGURA - 6 6º Passo) Selecionar na mesma livraria prim dois pinos de entrada (input), que serão referenciados aos sinais de entrada da porta and2 e um pino de saída (output), que será referenciado a saída da porta and2.conforme a figura 7 abaixo. FIGURA - 7 7º Passo) De nome aos pinos de entrada e saída, clicando em PIN_NAME, conforme figura 8 ;

11 Figura º Passo) Selecione no menu a opção File, e nesta a opção Project e dentro desta a opção Save & Check, observe figura 9. Onde abrir-se-á uma janela onde deve-se dar um nome ao seu projeto, onde este será agora um arquivo com extensão.gdf, e então o programa fará a checagem do circuito, para verificação de erro, conforme a figura 10 abaixo. FIGURA 9

12 FIGURA OBS: Em caso de erro, selecione a mensagem de erro em vermelho, conforme figura 11 e então verifique no seu projeto, a cor vermelha que destaca a parte do circuito que precisa ser alterado, conforme figura 12. FIGURA 11 FIGURA 12

13 12 9º Passo) Selecione no menu a opção Max+Plus II, e então dentro desta a opção Waveform Editor, observe figura 13; onde neste você deve clicar no botão direito do mouse e escolher a opção inserir nó (insert node), conforme figura 14. Na opção insert node escolha o nome do nó, que deverá corresponder ao nome que você já atribui aos pinos no 7º passo, escolha também seu valor e se ele é de entrada (input pin) ou de saída (output pin), conforme figura 15. FIGURA 13 FIGURA - 14

14 13 FIGURA 15 10º Passo) Selecione novamente a opção File, opção Project dentro desta, a opção Save, Compile & Simulate, conforme figura 16. FIGURA 16

15 14 11º Passo) Selecione a opção Open SCF do Simulator : Timing Simulation, conforme figura 17 abaixo, onde será verificado o sinal de resposta do circuito, conforme figura 18. FIGURA - 17 Figura 18

16 Está pronto! Seu circuito foi basicamente simulado. 15 Dica importante : Para selecionar o valor desejado para o sinal, conforme figura 19, no intervalo também desejado, selecione o pino desejado e clique no ícone referenciado aqui ao lado e depois no intervalo de tempo desejado e então selecione o valor do sinal 0 (zero), 1(um), X, Z, Inv (inverter o sinal), etc..., conforme figura 20. FIGURA - 19

17 FIGURA ADICIONANDO UM NOVO COMPONENTE Para adicionar uma nova porta lógica ao seu circuito digital, selecione novamente no menu Symbol, o item Enter Symbol ( 3º Passo), então dentro da livraria de símbolos (Symbol Libraries), escolha a livraria (prim, mf, mega ou edit) onde se encontra o dispositivo desejado, para este exemplo selecionaremos a livraria c:\maxplusii\max2lib\prim novamente, digite então OK e aparecerão os dispositivos contidos nesta livraria (4º Passo), ou então de dois cliques com mouse sobre a tela onde está seu circuito. OBS: Para ligar dois ou mais componentes, basta marcar com a seta do mouse sobre a(s) entrada(s) ou saída(s) da(s) porta(s) lógica(s) e arrastar a seta até o componente desejado, conforme figura 21. FIGURA 21 CRIANDO SEU PRÓPRIO COMPONENTE Muitas vezes desejamos criar nosso próprio componente, algumas vezes por questões estéticas outras devido ao circuito ser grande demais para projetado na tela de seu programa Max+PlusII, tendo em vista desses fatos a ferramenta Max+PlusII oferece a você usuário condições de criar seu componente, bastando apenas dirigir-se ao menu principal, salvar seu projeto (baseado na figura 21) com outro nome, fazer nova checagem em Save & Check ( conforme 8º passo), após escolher a opção File e nesta a opção Create Default Symbol, conforme figura 22.

18 17 FIGURA 22 Então depois de realizar a instrução, dirija-se ao menu Symbol, Enter Symbol e seu projeto estará já registrado no menu Enter Symbol, pasta maxplusii, em nosso exemplo o nome de nosso componente é exemplo1, conforme figura23.

19 18 FIGURA 23 Selecione seu componente clique em OK, e ENTÃO AÍ ESTÁ SEU COMPONENTE, figura 24.

20 FIGURA Se desejar verificar as portas que estão dentro de seu componente clique sobre ele duas vezes, então poderá vê-las, observe figura 25. FIGURA 25 OBS: Seu componente exemplo1, necessitará de novas portas de entradas e saída, para poder realizar a simulação deste, ver figura 26. Não necessariamente as entradas e saídas precisam Ter o mesmo nome das do componente que você criou.

21 20 FIGURA 26 OPÇÂO CLOCK Muitas vezes desejamos que uma entrada seja o clock do circuito, para implementarmos isto em nosso circuito, após selecionamos a opção Waveform, clique sobre sua entrada (input A em nosso caso) que já foi criada, ela ficará marcada com preto (não consta na figura abaixo), então selecione o ícone clock, e você poderá escolher se ele partirá (starting Value) do valor zero ou um (1) e o fator de multiplicação de seu clock (Multiplied By), ver figura 27.

22 FIGURA DESEJA AUMENTAR TEMPO DE SIMULAÇÃO Para aumentar seu tempo após concluir sua simulação com a observação dos resultados e ressalto que somente após, entre no menu File, Project em End Time, conforme figura 28 e então altere seu tempo de simulação e após refaça novamente a escolha dos valores para sua entradas porque senão ele simulará apenas até o tempo de simulação anterior. Após simule novamente. FIGURA 28 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1) Manual Max+Plus II Altera - Getting Starded - versão 5.0, julho ) Everton Glaser Corrêa da Conceição - Relatório de Estágio Supervisionado 3) Mario Junbeck - Trabalho Cricte 1999.