ELETRÔNICA DIGITAL I

Transcrição

1 ELETRÔNICA DIGITAL I DE10-LITE Programação Utilizando VHDL Professor Dr. Michael Klug 1

2 Comparativo Linguagens Linguagem de Programação x HDL Supondo que cada instrução leve 20ns entre 40 e 60ns para conclusão Apenas atraso 10ns 2

3 VHDL VHDL: VHSIC Hardware Descriptor Language VHSIC: Very High-Speed Integrated Circuit Desenvolvida para descrever hardware, não sendo uma linguagem sequencial Linguagens de alto nível como C ou Java são naturalmente sequenciais Linguagem concorrente: instruções VHDL são todas executadas ao mesmo tempo (execução paralela) Objetivo Principal: linguagem utilizada para modelar circuitos/sistemas digitais. 3

4 VHDL Regras Gerais: VHDL is a hardware-design language: When you are working with VHDL, you are not programming, you are designing hardware ; Case Sensitivity: VHDL is not case sensitive; White Space: VHDL is not sensitive to white space (spaces and tabs); Comments: comments begin with the symbol -- (two consecutive dashes) 4

5 VHDL Regras Gerais: Identifiers: refers to the name given to various items (variable names and function names) Identifiers can only contain a combination of letters (A-Z and a-z), digits (0-9) and the underscore character ( ). Identifiers must start with an alphabetic character. Identifiers must not end with an underscore and must never have two consecutive underscores. 5

6 VHDL Regras Gerais: Reserved Words Parentheses 6

7 Fluxograma / Passos Typical FPGA CAD flow 7

8 Fluxograma / Passos Passos Básicos: 8

9 Estrutura de um Programa VHDL 9

10 VHDL Standard Libraries: Programação VHDL IEEE Standard 1164 Once these packages have been included, you will have access to a very large set of goodies: several data types, overloaded operators, various conversion functions, math functions and so on. 10

11 Programação VHDL Entity:lista as várias entradas e saídas do circuito (cria uma caixa preta cuja função a ser executada é definida pela architecture ) 11

12 Tipos mais utilizados: Programação VHDL bit Assume valores 0 ou 1. x: in bit; bit_vector Vetor de bits. x: in bit_vector(7 downto 0); x: in bit_vector(0 to 7); std_logic x: in std_logic; std_logic_vector x: in std_logic_vector(7 downto 0); x: in std_logic_vector(0 to 7); boolean Assume valores TRUE ou FALSE 12

13 Programação VHDL STD_LOGIC: Definida pela biblioteca IEEE Pode assumir nove valores U : não inicializada Z : alta impedância X : desconhecida W : desconhecida fraca 0 : valor 0 L : 0 fraca (Low) 1 : valor 1 H : 1 fraca (High) - : Don t care. Tipos definidos pelo usuário Exemplos: type logic_level is ( 0, 1, X, Z ) type octal is ( 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ) 13

14 Programação VHDL Architecture: Describes what the circuit actually does. In other words, the VHDL architecture describes the internal implementation of the associated entity. OBS: VHDL coding style used inside the architecture body has a signicant effect on the way the circuit is synthesized (how the circuit will be implemented inside an actual silicon device). 14

15 Programação VHDL Expressões: realizadas sobre objetos do mesmo tipo. As operações possíveis são as seguintes: Concatenação: aplicável sobre caracteres, strings, bits, vetores de bits e arrays. Exemplos: ABC & xyz resulta em: ABCxyz 1001 & 0011 resulta em:

16 Exemplo: VHDL Exemplo: implementar o circuito abaixo na FPGA utilizando VHDL Criação de um Projeto Crie um projeto utilizando os passos descritos na aula de programação pro diagrama esquemático. Nomeie o projeto como light (nomes da Entity e do projeto iguais) 16

17 Exemplo: VHDL Descrição de um sistema digital usando VHDL Crie um arquivo VHDL em File->New->VHDL File 17

18 Exemplo: VHDL Edite o arquivo escrevendo o código abaixo: Salve o arquivo como light.vhd Para os demais passos siga as instruções da aula de programação com esquemáticos (compilar, definir pinos,...). Efetue a programação na placa FPGA DE10-lite e teste o funcionamento lógico do circuito. 18

19 RTL Viewer Visualização a nível de implementação lógica: File -> Netlist Viewers -> RTL Viewer 19

20 Definição de Sinais Em diversos projetos é necessário definir pontos de sinal dentro do bloco do circuito Não são entradas nem saídas!!! Úteis como ponto de referência (muitas conexões dentro do bloco) Chamados de nós internos ou sinais locais Entradas e saídas estão disponíveis para outros blocos, porém sinais locais são reconhecidos apenas dentro desse bloco EXEMPLO: Implemente o circuito abaixo utilizando o ponto m como sinal. 20

21 Definição de Sinais Código VHDL: 21