School of Engineering Themen: Variablen Architecture-Types.

School ofEngineering

Themen:

Variablen

Architecture-Types


Variablen


Abstimmanlage: version-A

LIBRARY ieee;USE ieee.std_logic_1164.all;

ENTITY abstimm ISPORT ( a,b,c : in std_logic;

y: out std_logic);END abstimm;

ARCHITECTURE comb OF abstimm IS

BEGINy <= (a and b) or (a and c) or (b and c);

END comb;


Abstimmanlage: version-B

LIBRARY ieee;USE ieee.std_logic_1164.all;

ENTITY abstimm_whenelse ISPORT ( a,b,c : in std_logic;

y: out std_logic);END abstimm_whenelse;

ARCHITECTURE comb OF abstimm_whenelse IS SIGNAL x : std_logic_vector (2 DOWNTO 0);

BEGINx <= a & b & c;y <= '1' WHEN ((x="011") or (x="101") or (x="110") or (x="111")) ELSE '0';

END comb;


Abstimmanlage: version-C

ARCHITECTURE rtl OF abstimm_case IS

BEGINcomb_log : process(a,b,c)

variable x : std_logic_vector (2 DOWNTO 0);BEGIN

x := a & b & c;CASE x IS

WHEN "011" => y <= '1';WHEN "101" => y <= '1';WHEN "110" => y <= '1';WHEN "111" => y <= '1';WHEN OTHERS => y <= '0';

END CASE; END PROCESS;

END rtl;

School ofEngineeringVariablen

Variablen kann man benutzen, um innerhalb eines Prozessesoder eines Unterprogramms einen Wert temporär zu speichern

VARIABLE variablen_name : type [:= initialisierung];

VARIABLE summe : std_logic_vector (2 downto 0) := “101“ ;

Zuweisungsoperator :=

Beispiel:


● Kann man nur in Prozessen oder Unterprogrammen benutzen.

● Werden deshalb zwischen den Zeilen „Prozess“ und „Begin“ definiert.

● Variablen müssen vor Gebrauch initialisiert werden.

● Sind Global nicht verfügbar (ausserhalb des Prozess)

● Will man Variablen ausserhalb eines Prozesses weiterbenutzen, muss man Sie einem Signal zuweisen.

● Sind nach der Zuweisung sofort gültig, nicht erst beim Verlassen des Prozesses.

● Können als Index oder temporärer Speicher innerhalb eines Prozesses benutzt werden.

● Zuweisung durch :=

Variablen


Variablen: weitere Beispiele

Extract from Schaltungsdesign mit VHDL, Lehmann, Wunder, Selz, S.153

ENTITY mult ISPORT (a, b : IN integer := 0; y : OUT integer) ;END mult ;

ARCHITECTURE number_one OF mult ISBEGIN

PROCESS (a,b) -- Aktivierung durch Ereignisse auf a oder b VARIABLE v1, v2 : integer := 0 ; BEGIN v1 := 3 * a + 7 * b ; -- sequent. Variablenzuweisung v2 := a * b + 5 * v1 ; -- sequent. Variablenzuweisung y <= v1 + v2 ; -- sequent. Signalzuweisung END PROCESS ;

END number_one ;


Variablen: weitere Beispiele

Extract from lcddriver.vhd (used in GPS_Uhr project)…type CHAR_RAM_TYPE is array(0 to 79) of std_logic_vector(7 downto 0);signal charRAM : CHAR_RAM_TYPE := (others=>x"00");

…CharRAMWrite : process(clk)

variable add : integer range 0 to 79;begin

if (clk'event and clk='1') thenif (wen='1') then

add := to_integer(unsigned(charNum));charRAM(add) <= dIn;

end if;end if;

end process;…

Achtung: Eine Variable muss vor Gebrauch zugewiesen werden!


Variablen

exp_var: PROCESS (clk, reset)

variable correct_v : std_logic;

beginIF reset = '1' then

a <= '0';b <= '0';

ELSIF clk’event AND clk = 1 THENcorrect_v := c and d;a <= e or correct_v;b <= f or correct_v;

END IF;END PROCESS exp_var;


Variable korrekt benutzt

D

ENA

QPRE

CLR

D

ENA

QPRE

CLR

a~0 a~reg0

b~0 b~reg0correct_v~0

clk

reset

cd

e

f

a

b


exp_var: PROCESS (clk, reset)variable incorrect_v : std_logic;BEGIN

IF reset = '1' THENa <= '0';b <= '0';

ELSIF clk'event AND clk='1' THENa <= e or incorrect_v;b <= f or incorrect_v;incorrect_v := c and d;

END IF;END PROCESS exp_var;

Eine Variable muss vor Gebrauch zugewiesen werden!

Falsche Benutzung einer Variablen (1)


Variable falsch benutzt

D

ENA

QPRE

CLR

D

ENA

QPRE

CLR

D

ENA

QPRE

CLR

\exp_var:incorrect_v

a~0 a~reg0

b~0 b~reg0incorrect_v~0

clkreset

cd

ef

a

b


Schlechtes Beispiel

Extract from lcddriver.vhd (used in GPS_Uhr project)…-- Tick Generationsubtype TICK_COUNTER_TYPE is integer range 0 to tickNum;signal tick: std_logic;…TickGen : process(clk)

variable tickCounter : TICK_COUNTER_TYPE;begin

if (clk'event and clk='1') thenif (tickCounter = 0) then

tickCounter := TICK_COUNTER_TYPE'high-1;tick <= '1';

elsetickCounter := tickCounter - 1;tick <= '0';

end if;end if;

end process;

Generiert Speicher, da Variable vor Initialisierung gebraucht

Für dieses Beispiel nimmt man besser ein Signal


Synthese Tick Counter

A[3..0]

B[3..0]

OUT[3..0]

ADDER

A[2..0]

B[2..0]OUT

EQUAL

D

ENA

QPRE

CLR

D QPRE

ENA

CLR

SELDATAA

DATABOUT0

MUX21

Equal0

3' h0 --

clk

tick

tick~reg0\TickGen:tickCounter[2..0]

Add0

1' h1 --

4' hD --

tickCounter~[2..0]

3' h3 --


Signale vs. Variablen

Signale VariablenExistieren global in der gesamten Architektur

Nur lokal im Prozess lesbar

Werden am Ende des Prozesses aktualisiert.

Werden immer sofort aktualisiert

Werden zwischen „Architectur“ und „Begin“ deklarieret

Werden zwischen „Process“ und „Begin“ deklarieret

Zuweisung v <= ‘1‘ Zuweisung v := ‘1‘

Achtung: Eine Variable muss vor Gebrauch zugewiesen werden!


Architecture Types- rtl (register-transfer-logic: synthesisable)- behav (behavioural: testbench )- struct (structural: hierarchy)


Architecture examples: rtl

…extracts of counter.vhd Ueb5-Auf2…architecture rtl of counter is signal next_countL: unsigned(3 downto 0); signal countL: unsigned(3 downto 0);begin comb_increment: process (load,enable,data,countL) begin if (load = '1') then next_countL <= unsigned(data); elsif (enable = '1') then next_countL <= countL + 1; else next_countL <= countL; end if; end process; reg_increment: process (clk,reset) begin if (reset = '1') then countL <= "0000"; elsif(clk'event and clk = '1') then countL <= next_countL; end if; end process; count <= std_logic_vector(countL);end rtl;


Architecture examples: behav

…extracts of testbench_wuerfel.vhd…

ARCHITECTURE behav OF testbench_wuerfel ISCOMPONENT wuerfel_ifelse

PORT ( Q2, Q1, Q0 : IN std_logic; A, B, C, D : OUT std_logic );

END COMPONENT;…BEGIN…STIMULUS: PROCESS BEGIN tin <= "000" ; WAIT FOR 10 ns;

tin <= "001" ; WAIT FOR 10 ns; ASSERT (tout_if = "0001") REPORT "expected tout_if = 0001 " SEVERITY error;

WAIT FOR 100 ns; tin <= "010" ; WAIT FOR 10 ns;

ASSERT (tout_if = "1000") REPORT "expected tout_if = 1000 " SEVERITY error; WAIT FOR 100 ns;

ASSERT false REPORT " --- ALL TESTS PASS ---" SEVERITY failure; WAIT;

END PROCESS; END behav;



…extracts of testbench_abstimm_case.vhd…

ARCHITECTURE behav OF testbench_abstimm_case ISCOMPONENT abstimm

PORT ( a,b,c : IN std_logic; y : OUT std_logic );

END COMPONENT;…

SIGNAL tin : std_logic_vector(2 DOWNTO 0);SIGNAL tout : std_logic_vector(2 DOWNTO 0);

BEGIN-- Block Instantiationsdut1: abstimm

PORT MAP( a => tin(2), b => tin(1), c => tin(0), y => tout(2));

…



…extracts of testbench_abstimm_case.vhd…

STIM_CHK: PROCESS -- DECLARE PROCEDURE TO AVOID REPEATING TEST STATEMENTS PROCEDURE single_test (tin_test : IN std_logic_vector; tout_test: IN std_logic) IS BEGIN tin <= tin_test; WAIT FOR 10 ns; ASSERT ((tout(2) = tout_test) AND (tout(1) = tout_test) AND (tout(0) = tout_test)) REPORT "test failed for 1 or more duts!" SEVERITY error; WAIT FOR 40 ns; END PROCEDURE single_test;

BEGINsingle_test("000",'0');single_test("001",'0');single_test("010",'0');single_test("011",'1');…-- END SIMULATIONASSERT false REPORT " --- ALL TESTS PASS ---" SEVERITY failure;

END PROCESS; END behav;


Architecture examples: struct

…extracts of top_max.vhd…

ARCHITECTURE struct OF top_max IS---------------------------- COMPONENT DECLARATIONS--------------------------COMPONENT count_updown

GENERIC(n : natural; ov_value : unsigned );

PORT ( clock : in std_logic; reset_n : in std_logic; cntup : in std_logic;

count : out std_logic_vector(n-1 downto 0));END COMPONENT;

COMPONENT sieben_seg_ctrlPORT(…)

END COMPONENT;---------------------------- SIGNAL & CONSTANT DECLARATIONS-------------------------- CONSTANT Low : std_logic := '0'; CONSTANT High : std_logic := '1'; CONSTANT breite : natural :=26; CONSTANT ueberlauf : unsigned := TO_UNSIGNED(49999999,N); SIGNAL m_count : std_logic_vector(N-1 DOWNTO 0);


Architecture examples: struct

…extracts of top_max.vhd……BEGIN---------------------------- DUT INSTANTIATIONS--------------------------dut_count: count_updown

GENERIC MAP(n => breite,ov_value => ueberlauf)

PORT MAP( clock => clock, reset_n => reset_n, cntup => ctrl, count => m_count);

dut_sseg : sieben_seg_ctrlPORT MAP(…)

END struct;


VHDL Fallen

25


Sauber_so: process(s)BEGIN If s = '1' THEN x <= '1' ; ELSE x <= '0'; END IF;

END PROCESS;

autsch: process(s)BEGIN If s = '1' THEN x <= '1' ; END IF;

END PROCESS;

elegant: process(s)BEGIN x <= '0'; If s = '1' THEN x <= '1' ; END IF;

END PROCESS;

1 2

3

VHDL Fallen

26


1 2

3

>1

SX

XS

XS

Process: sauber_so

Process: autsch

Process: elegant Latch

VHDL Fallen

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