880 likes | 1.05k Views
Sekvencijalni kôd. Sekvencijalni k ô d je sadržan u: Procesu (PROCESS) Proceduri (PROCEDURE) Funkciji (FUNCTION) Sekvencijalne naredbe: IF WAIT CASE LOOP. PROCESS. O kvir za sekvencijalni kod - definiše oblast arhitekture u kojoj se naredbe izvršavaju na sekvencijalan način.
E N D
Sekvencijalni kôd • Sekvencijalni kôd je sadržan u: • Procesu (PROCESS) • Proceduri (PROCEDURE) • Funkciji (FUNCTION) • Sekvencijalne naredbe: • IF • WAIT • CASE • LOOP Arhitektura mikrosistema
PROCESS • Okvir za sekvencijalni kod- definiše oblast arhitekture u kojoj se naredbe izvršavaju na sekvencijalan način. • Kao celina, proces je konkurentna naredba i može se kombinovati s drugim konkurentnim naredbama i procesima u okviru iste arhitekture. • U odnosu na to kako se definišu uslovi za aktiviranje, razlikujemo dve vrste procesa: • proces sa listom senzitivnosti i • proces sa wait naredbom. Arhitektura mikrosistema
Proces sa listom senzitivnosti [labela:] PROCESS (lista senzitivnosti) [VARIABLE ime tip [opseg] [:= inicijalna_vrednost]] BEGIN (sekvencijalni kôd) END PROCESS [labela]; • Lista senzitivnosti: spisak signala na koje je proces senzitivan (osetljiv) • Promena vrednosti bilo kog signala iz liste senzitivnosti aktivira proces • Nakon aktiviranja, naredbe iz dela sekvencijalni kôd se izvršavaju jedna za drugom. • Nakon što se izvrši i poslednja naredba, proces se deaktivira, i ostaje neaktivan sve do ponovnog aktiviranja Arhitektura mikrosistema
Proces sa listom senzitivnosti - primer - opis kombinacionog kola Proces se izvrši jedanputuvek kad se promeni vrednost nekog od signala a, b ili c. SIGNAL a, b, c : STD_LOGIC; . . . PROCESS(a, b, c) BEGIN y <= a OR b OR c; END PROCESS; Isti efekat kao jednostavna konkurentna naredba dodele: y <= a OR b OR c; Arhitektura mikrosistema
Proces sa listom senzitivnosti - primer - opis sekvencijalnog kola LIBRARY ieee; USE ieee.std_logic_1164.all; ENTITY dff IS PORT (d,clk,rst : IN STD_LOGIC; q : OUT STD_LOGIC); END dff; ARCHITECTURE arch_proc OF dff IS BEGIN PROCESS(clk,rst) BEGIN IF(rst='1') THEN q <= '0'; ELSIF(clk'EVENT AND clk='1') THEN q <= d; END IF; END PROCESS; END arch_proc; Detekcija rastuće ivice taktnog signala Arhitektura mikrosistema
Proces sa wait naredbom • Ako se WAIT koristi u procesu, lista senzitivnosti mora biti izostavljena • WAIT sustenduje izvršenje procesa do ispunjenja zadatog uslova • Tri oblika: • WAIT UNTIL uslov; • WAIT ON signal1 [, signal2, …]; • WAIT FOR vreme; -- samo u simulaciji Arhitektura mikrosistema
Proces sa wait naredbom primer- opis kombinacionog kola SIGNAL a, b, c : STD_LOGIC; . . . PROCESS(a, b, c) BEGIN y <= a OR b OR c; END PROCESS; SIGNAL a, b, c : STD_LOGIC; . . . PROCESS BEGIN WAIT ON a, b, c; y <= a OR b OR c; END PROCESS; Arhitektura mikrosistema
Proces sa wait naredbom primer- opis sekvencijalnog kola PROCESS (clk) VARIABLE v : INTEGER RANGE 0 TO 10; BEGIN IF(clk'EVENT AND clk='1') THEN v := v + 1; IF(v = 10) THEN v := 0; END IF; cifra <= v; END IF; END PROCESS; PROCESS VARIABLE v : INTEGER RANGE 0 TO 10; BEGIN WAIT UNTIL (clk'EVENT AND clk='1'); v := v + 1; IF(v = 10) THEN v := 0; END IF; cifra <= v; END PROCESS; BCD brojač Arhitektura mikrosistema
Signali u procesu • Deklarišu se u deklarativnom delu arhitekture, a vidljivi su, tj. mogu se koristiti, kako u konkurentnim sekcijama arhitekture, tako i unutar procesa koji su obuhvaćeni arhitekturom. ARCHITECTURE … SIGNAL a,b : STD_LOGIC; BEGIN . . . PROCESS(…) BEGIN b <= …; END PROCESS; . . . a <= b …; END … Arhitektura mikrosistema
Odložena dodela signala u procesu • Dodela vrednosti signalu, obavljena unutar procesa, odlaže se do trenutka završetka tekućeg izvršenja procesa. • U toku jednog izvršenja procesa, signal zadržava vrednost koju je imao u trenutku aktiviranja procesa (a koja potiče iz prethodnog izvršenja procesa), a novu vrednost dobija tek nakon deaktiviranja procesa. • Ako se unutar procesa istom signalu više puta dodeli vrednost, samo će poslednja dodela imati vidljiv efekat. Arhitektura mikrosistema
Odložena dodela signala u procesu Važi samo poslednja dodela istom signalu Iste naredbe u konkurentnom kodu Višestruke dodele u konkurentnom kodu nisu zabranjene, ali stvaraju kratak spoj Arhitektura mikrosistema
Varijable • Samo u sekvencijalnom kodu (PROCESS, PROCEDURE, FUNCTION) • Samo kao lokalne promenljive • Ažuriranje varijable je trenutno (kao promenljive iz programskih jezika) • Naredba dodele za varijable: • var := izraz; Arhitektura mikrosistema
Proces s varijablom Varijable se deklarišu u deklarativnoj sekciji procesa SIGNAL a, b, y : STD_LOGIC; ... PROCESS(a,b) VARIABLE v : STD_LOGIC; BEGIN v := ’0’; v := v XOR a; v := v XOR b; y <= v; PROCESS; Isti tipovi podataka kao za procese Neposredno ažuriranje (odmah nakon izvršene naredbe) Isti efekat kao: y <= a XOR b; Rezultat izračunavanja se iznosi van procesa Isti kod, ali sa signalima Arhitektura mikrosistema
Sinteza procesa s varijablom SIGNAL a, b, y : STD_LOGIC; ... PROCESS(a,b) VARIABLE v : STD_LOGIC; BEGIN v := ’0’; v := v XOR a; v := v XOR b; y <= v; PROCESS; PROCESS(a,b) VARIABLE v0, v1, v2 : STD_LOGIC; BEGIN v0 := ’0’; v1 := v0 XOR a; v2 := v1 XOR b; y <= v2; END PROCESS; Neophodna je transformacija koda => zamena varijable v sa više novih varijabli, tako da se svaka koristi samo jedanput s leve strane u naredbi dodele. (Automatski sprovodi softver za sintezu) Direktna sinteza nije moguća Arhitektura mikrosistema Isti kod, ali sa signalima
Signali vs. varijable SIGNAL a, b, s : STD_LOGIC; ... PROCESS(a,b,s) BEGIN s <= ’0’; s <= s XOR a; s <= s XOR b; y <= s; END PROCESS; Zbog odložene dodele PROCESS(a,b,s) BEGIN s <= s XOR b; y <= s; END PROCESS; Signal se ne može delarisati u procesu Lista senzitivnosti za kombinaciono kolo sadrži sve signale koji se kao ulazni koriste u procesu (uključujući i s). Arhitektura mikrosistema
IF • Sintaksa: IF uslov_1 THEN sekvencijane naredbe; ELSIF uslov_2 THEN sekvencijane naredbe; ELSIF uslov_3 THEN sekvencijane naredbe; . . . ELSE sekvencijane naredbe; END IF; Uslovi se ispituju redom IF(x<y) THEN v := “11111111”; w := ‘1’; ELSIF(x=y) THEN v:=”11110000”; w := ‘0’; ELSE v:=(OTHERS => ‘0’); w := ‘1’; END IF; Izvršava se samo ako ni jedan uslov nije tačan Arhitektura mikrosistema
IF - Multiplekser 4-u-1 ENTITY mux IS PORT ( a,b,c,d : IN STD_LOGIC; sel: IN STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0); y : OUT STD_LOGIC); END mux; ARCHITECTURE if_arch OF mux IS BEGIN PROCESS(a,b,c,d,sel) BEGIN IF(s=”00”) THEN y <= a; ELSIF(s=”01”) THEN y <= b; ELSIF(s=”10”) THEN y <= c; ELSE y <= d; END IF; END PROCESS; END if_arch; Mux je kombinaciono kolo => u listi senzitivnosti moraju biti navedni svi ulazni signali Arhitektura mikrosistema
IF -Dekoder2-u-4 ARCHITECTURE if_arch OF dek2u4 IS BEGIN PROCESS(d, e) BEGIN IF(e = ’0’) THEN y <= "0000"; ELSIF(d = "00") THEN y <= "0001"; ELSIF(d = "01") THEN y <= "0010"; ELSIF(d = "10") THEN y <= "0100"; ELSE y <= "1000"; END IF; END PROCESS: END if_arch; Arhitektura mikrosistema
IF - Koder 4-u-1 ARCHITECTURE if_arch OF encoder IS BEGIN PROCESS(x) BEGIN IF(x = "0001") THEN y <= "00"; ELSIF(x = "0010") THEN y <= "01"; ELSIF(x = "0100") THEN y <= "01"; ELSE y <= "11"; END IF; END PROCESS: END if_arch; Arhitektura mikrosistema
IF - Prioritetni koder 4-u-1 ARCHITECTURE if_arch OF pencoder IS BEGIN PROCESS(x) BEGIN IF(x(3) = ’1’) THEN y <= "11"; ELSIF(x(2) = ’1’) THEN y <= "10"; ELSIF(x(1) = ’1’) THEN y <= "01"; ELSE y <= "00"; END IF; IF x = "0000" THEN z <= ’0’; ELSE z <= ’1’; END IF; END PROCESS: END if_arch; Arhitektura mikrosistema
IF vs. WHEN • Međutim, IF naredba je opštija od WHEN: • Grane IF naredbe mogu sadržati više od jedne naredbe • Dozvoljeno ugnježdavanje IF naredbi Arhitektura mikrosistema
IF - Konceptualna implementacija Ako postavlja samo jedan izlazni signal, isto kao when IF uslov_1 THEN sig <= izraz_1; ELSIF uslov_2 THEN sig <= izraz_2; ELSIF uslov_3 THEN sig <= izraz_3; ELSE sig <= izraz_4; END IF; Arhitektura mikrosistema
IF - Konceptualna implementacija Ako postavlja više od jednog izlaznog signala, za svaki signal zasebna multiplekserska mreža IF uslov_1 THEN sig_a <= izraz_a_1; sig_b <= izraz_b_1; ELSE sig_a <= izraz_a_2; sig_b <= izraz_b_2; END IF; Arhitektura mikrosistema
IF - Konceptualna implementacija Ugnježdene if naredbe IF uslov_1 THEN IF uslov_2 THEN sig <= izraz_a_1; ELSE sig <= izraz_a_2; END IF; ELSE IF uslov_3 THEN sig <= izraz_b_1; ELSE sig <= izraz_b_2; END IF; END IF; Arhitektura mikrosistema
IF vs. WHEN - Primer PROCESS(a,b,c) BEGIN IF (a>b) THEN IF (a>c) THEN max <= a; -- a>b i a>c ELSE max <= c; -- a>b i c>=a END IF; ELSE IF (b>c) THEN max <= b; -- b>=a i b>c ELSE max <= c; -- b>=a i c>=b END IF; END IF; END PROCESS; Max = max{a, b, c} SIGNAL ac_max, bc_max : STD_LOGIC; . . . ac_max <= a WHEN (a > c) ELSE c; bc_max <= b WHEN (b > c) ELSE c; max <= ac_max WHEN (a > b) ELSE bc_max; Arhitektura mikrosistema
CASE • Sintaksa: CASE selekcioni_izraz IS WHEN vrednost => sekvencijalne_naredbe; WHEN vrednost => sekvencijalne_naredbe; . . . END CASE; • Primer: CASE ctrl IS WHEN "00" => x<=a; y<=b; WHEN "01" => x<=b; y<=c; WHEN OTHERS => x<="0000"; y<="ZZZZ"; END CASE; Dozvoljeno više od jedne narebe Pokriva sve vrednosti koje nedostaju Arhitektura mikrosistema
CASE - Primer (Multiplekser 4-u-1) ENTITY mux IS PORT ( a,b,c,d : IN STD_LOGIC; sel: IN STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0); y : OUT STD_LOGIC); END mux; ARCHITECTURE case_arch OF mux IS BEGIN PROCESS(a,b,c,d,sel) BEGIN CASE sel IS WHEN ”00” => y <= a; WHEN ”01” => y <= b; WHEN ”10” => y <= c; WHEN OTHERS y <= d; END CASE; END PROCESS; END case_arch; Neophodno, sel je tipa STD_LOGIC Arhitektura mikrosistema
CASE – Binarni dekoder 2-u-4 Arhitektura mikrosistema
CASE – Binarni koder 4-u-2 Arhitektura mikrosistema
CASE – Prioritetni koder 4-u-2 Arhitektura mikrosistema
CASED flip-flop sa asinhronim resetovanjem ENTITY dff IS PORT (d,clk,rst : IN BIT; q : OUT BIT); END dff; ARCHITECTURE dff3 OF dff IS BEGIN PROCESS(clk,rst) BEGIN CASE rst IS WHEN '1' => q<='0'; WHEN '0' => IF(clk'EVENT AND clk='1') THEN q<=d; END IF; WHEN OTHERS => NULL; END CASE; END PROCESS; END dff3; NULL - ˝prazna˝ naredba, bez efekta Nepotrebna grana, rst je tipa BIT Arhitektura mikrosistema
CASE vs. SELECT • Međutim, CASE je opštija nareba jer dozvoljava više sekvencijalnih naredbi u jednoj grani Arhitektura mikrosistema
Konceptualna implementacija naredbe CASE - jedna naredba po grani CASE sel IS WHEN v1 => sig <= izraz_1; WHEN v2 => sig <= izraz_2; WHEN OTHERS sig <= izraz_3; END CASE; Isto kao konkurentna naredba select Arhitektura mikrosistema
Konceptualna implementacija naredbe CASE -više od jedne naredba po grani CASE case_uslov IS WHEN c0 => sig_a <= izraz_a_0; sig_b <= izraz_b_0; WHEN c1 => sig_a <= izraz_a_1; sig_b <= izraz_b_1; WHEN OTHERS sig_a <= izraz_a_n; sig_b <= izraz_b_n; END CASE; Za svaki signal poseban multiplekser Arhitektura mikrosistema
LOOP • Za kreiranje petlji u sekvencijalnom kôdu • Tri oblika: • FOR LOOP • WHILE LOOP • LOOP Arhitektura mikrosistema
LOOP – FORLOOP • Petlja se ponavlja zadati broj puta • Sintaksa [labela: ] FOR identifikator IN opseg LOOP (sekvencijalne naredbe) END LOOP [labela]; • Primer: faktorijel := 1; FOR broj IN 2 TO 10 LOOP faktorijel := faktorijel * broj; END LOOP; • Ograničenja: • U telu petlje, nije dozvoljeno dodeljivati vrednosti identifikatoru • U kôdu namenjenom sintezi obe granice opsega FOR / LOOP naredbe moraju biti statičke Arhitektura mikrosistema
LOOP - WHILE LOOP • Petlja se ponavlja sve dok se ne ispuni zadati uslov. • Sintaksa: [labela: ] WHILE uslov LOOP (sekvencijalne naredbe) END LOOP [labela]; • Primer: i:= 0; sum:= 10; WHILE (i < 20) LOOP sum:= sum * 2; i:= i + 3; END LOOP; Arhitektura mikrosistema
LOOP - LOOP • Beskonačna petlja [labela: ] LOOP (sekvencijalne naredbe) END LOOP [labela]; • Uslov za izlazak iz petlje definisan je u telu petlju: Isti efekat kao: WAIT UNTIL a=b; • sum:=1; • LOOP • sum:=sum*3; • EXIT WHEN sum>100; • END LOOP; • LOOP • WAIT on a,b; • EXIT WHEN a=b; • END LOOP; Arhitektura mikrosistema
LOOPJednostavan barrel pomerač ARCHITECTURE loop_arch OF barrel IS BEGIN PROCESS(inp,shift) BEGIN IF(shift='0') THEN outp <= inp; ELSE outp(0)<='0'; FOR i IN 1 TO 7 LOOP outp(i) <= inp(i-1); END LOOP; END IF; END PROCESS; END loop_arch; LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY barrel IS PORT (inp : IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); shift : IN STD_LOGIC; outp : OUT STD_LOGIC_VECTOR(n-1 DOWNTO 0)); END barrel; Arhitektura mikrosistema
LOOPGenerator bita parnosti Vrednost na izlazu dopunjuje broj ulaznih 1-ca do parnog broja y <= a(0) XOR a(1) XOR … XOR a(7); ARCHITECTURE loop_arch OF pargen IS BEGIN PROCESS(a) VARIABLE p : STD_LOGIC; BEGIN p := a(0); FOR i IN 1 TO 7 LOOP p := p XOR a(i); END LOOP; y <= p; END PROCESS; END loop_arch; Arhitektura mikrosistema
LOOP Sabirač sa rednim prenosom • si = ai XOR bi XOR ci • ci+1 = (ai AND bi) OR (ai AND ci) OR (bi AND ci) Potpuni sabirač Arhitektura mikrosistema
LOOP Sabirač sa rednim prenosom ENTITY sabirac IS PORT (a,b : IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); cin : IN STD_LOGIC; s : OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); cout : OUT STD_LOGIC); END sabirac; ARCHITECTURE sabirac1 OF sabirac IS BEGIN PROCESS(a,b,cin) VARIABLE c : STD_LOGIC_VECTOR(8 DOWNTO 0); BEGIN c(0):=cin; FOR i IN 0 TO 7 LOOP s(i) <= a(i) XOR b(i) XOR c(i); c(i+1):=(a(i) AND b(i)) OR (a(i) AND c(i)) OR (b(i) AND c(i)); END LOOP; cout <= c(8); END PROCESS; END sabirac1; Arhitektura mikrosistema
Konceptualna implementacija FOR LOOP naredbe c(0):=cin; FOR i IN 0 TO duzina-1 LOOP s(i) <= a(i) XOR b(i) XOR c(i); c(i+1):=(a(i) AND b(i)) OR (a(i) AND c(i)) OR (b(i) AND c(i)); END LOOP; cout <= c(duzina); Razotavanje petlje c(0):=cin; -- i = 0 ----------------------------------------------------- s(0) <= a(0) XOR b(0) XOR c(0); c(1):=(a(0) AND b(0)) OR (a(0) AND c(0)) OR (b(0) AND c(0)); -- i = 1 ----------------------------------------------------- s(1) <= a(1) XOR b(1) XOR c(1); c(2):=(a(1) AND b(1)) OR (a(1) AND c(1)) OR (b(1) AND c(1)); -- i = 2 ----------------------------------------------------- s(2) <= a(2) XOR b(2) XOR c(2); c(3):=(a(2) AND b(2)) OR (a(2) AND c(2)) OR (b(2) AND c(2)); -- i = 3 ----------------------------------------------------- s(3) <= a(3) XOR b(3) XOR c(3); c(4):=(a(3) AND b(3)) OR (a(3) AND c(3)) OR (b(3) AND c(3)); -------------------------------------------------------------- cout <= c(4); Sinteza Arhitektura mikrosistema
Sekvencijalni kôd za kombinaciona kola • Sekvencijalni kôd se koristi za opis: • Sekvencijalnih kola (koriste se memorijski elementi) • Kombinacionih kola (memorijski elementi se ne koriste) • Kako kompajler ˝zna˝ da se radi o kombinacinom kolu ? • Svi ulazni signali koji se koriste u procesu moraju biti navedeni u listi senzitivnosti. • U kôdu su sadržane sve kombinacije ulaznih/izlaznih signala, tako da kompajler analizom kôda može da rekonstruiše potpunu tabelu istinitosti. Arhitektura mikrosistema
Tipične greške u pisanju procesa za kombinaciona kola ILI kolo Nekomplenta lista senzitivnosti PROCESS(a) BEGIN y <= a OR b OR c; END PROCESS; U simulaciji: Proces ne reaguje na promene signala b i c. Izlaz y zadržava svoju staru vrednostbez obzira na novu vrednost signala b ili c - slično flip-flopu U sintezi: Samo upozorenje, ali sintetiše se ILI kolo Arhitektura mikrosistema
Tipične greške u pisanju procesa za kombinaciona kola Komparator jednakosti Treba ovako: PROCESS(a,b) BEGIN IF(a=b) THEN eq <= '1'; END IF; END IF; END PROCESS; IF(a=b) THEN eq <= '1'; ELSE eq <= '0'; END IF; A šta ako je a ≠ b? Nedostaje ELSE grana Bez obzira na vrednosti signala a i b, uvek eq dobija definisanu vrednost, 0 ili 1 Nedefinisan odziv stvara memoriju u kolu. Kao da piše: IF(a=b) THEN eq <= '1'; ELSE eq <= eq; END IF; Ako je a ≠ b, eq zadržava svolju staru vrednost Arhitektura mikrosistema
Tipične greške u pisanju procesa za kombinaciona kola Kompaktan, ali pogrešan opis potpunog komparatora Treba ovako: Ili ovako: PROCESS(a, b) BEGIN IF(a > b) THEN gt <= ‘1’; eq <= ‘0’; lt <= ‘0’; ELSIF (a = b) THEN gt <= ‘0’; eq <= ‘1’; lt <= ‘0’; ELSE gt <= ‘0’; eq <= ‘0’; lt <= ‘1’; END IF; END PROCESS; PROCESS(a, b) BEGIN gt <= ‘0’; eq <= ‘0’; lt <= ‘0’; IF(a > b) THEN gt <= ‘1’; ELSIF (a = b) THEN eq <= ‘1’; ELSE lt <= ‘1’; END IF; END PROCESS; PROCESS(a, b) BEGIN IF(a > b) THEN gt <= ‘1’; ELSIF(a = b) THEN eq <= ‘1’; ELSE lt <= ‘1’; END IF; END PROCESS; IF naredba je kompletna, ali grane IF naredbe nisu Arhitektura mikrosistema
Leč kola i flip-flopovi • Leč je transparentan dok je CLK=1 • Flip-flop nikada nije transparentan. Rastuća (ili opadajuća) ivica CLK inicira upis u flip-flop. Arhitektura mikrosistema
Leč kola i flip-flopovi D flip-flop LIBRARY ieee; USE ieee.std_logic_1164.all; ENTITY dff IS PORT (d,clk : IN STD_LOGIC; q : OUT STD_LOGIC); END dff; ARCHITECTURE flip_flop OF dff IS BEGIN PROCESS(clk) BEGIN IF(clk'EVENT AND clk='1') THEN q <= d; END IF; END PROCESS; END flip_flop; D leč LIBRARY ieee; USE ieee.std_logic_1164.all; ENTITY dlec IS PORT (d,clk : IN STD_LOGIC; q : OUT STD_LOGIC); END dlec; ARCHITECTURE lec OF dlec IS BEGIN PROCESS(d,clk) BEGIN IF clk = '1' THEN q <= d; END IF; END PROCESS; END lec; Arhitektura mikrosistema
D FF sa dozvolom LIBRARY ieee; USE ieee.std_logic_1164.all; ------------------------------------------- ENTITY dffe IS PORT (d,clk,en,rst : IN STD_LOGIC; q : OUT STD_LOGIC); END dff; ------------------------------------------- Asinhroni reset Arhitektura mikrosistema