Суворова Е.А., Шейнин Ю.Е. Проектирование цифровых систем на VHDL (2003), страница 42

ТаКИМ ОбраЗОМ, рЕШаЮщая фуНКцИя ЛО умолчанию для сигналов, источники которых находятся в различных ком- ПОНЕНтаХ, ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ДЛЯ тИПа яес) 1одтс. Теперь рассмотрим выходы оз и оз, а также парные к ним выходы о4 и ов Поведение сигналов на выходах оз и оз описано одинаково, но они имеют различный тип и, как видно из рис. 4.26, ведут себя по-разному. Сигнал из выходе оз имеет тип яст) п1одтс, а на выходе оз — ясо( 1од1с. Сигнал нз выходе оз ведет себя в точности так, как того можно было ожидать по его ОПИСаНИЮ: КОГда СИГНаЛ На ВХОДЕ я1 уСтаНаВЛИВаЕтСя В 1, На оЗ ПОяВЛяЕтСя значение 3, а когда на входе яз появляется 1, на выходе оз появляется значение О. На выходе о5 такого не наблюдается. Сигнал все время находится в неопределенном состоянии. Ничего не изменится, даже если в описании поведения епс 1 добавить сек- ЦИИ езве, В КОтОрЫХ МОЖНО ПЕрЕВОдИтЬ ЭтИ СИГНаЛЫ, ИМЕЮщнс тяП яес( 1од'с, В ВЫСОКОИМПЕдаНСНОЕ СОСтОяНИЕ.

ЭтО СВяЗаНО С тЕМ, ЧтО ЗиаЧЕНИя СИГНаЛОВ оос1 И ооО2 ИМЕЮТ МНОжЕСтВО ИСТОЧНИКОВ На урОВНЕ ПрОцЕС- сов, а для этого уровня вычисляемые функции по умолчанию используютсх ДЛЯ тИПа вест и1од1с. Для того чтобы для выхода о5 получить такой же результат, как и для оз, необходимо, чтобы все изменения сигнала, передающегося на этот выход в раМКаХ ОбЪЕКта епе 1, ВЫПОЛНЯЛИСЬ а ОдНОМ и Л)ОЛЬКО ОдНОМ ПрОцЕССЕ (В описании архитектуры). Изменим описание его поведения (листинг 4.36). , Лвстииг 4.36 евсЫ.Еесспяе яе1 оя епе 1 1в вздпе1 тпс: ясо 1одзс сессот(1 4ввтпео О) Ъед1п рассеяв (я) Ъедзп зя в = '1' втвт в'депе Епеп тптт< = 1; Проектирование на УНР1 ркосевв (т, тк) ЬедАп ЕЕ к = ' 1' епс к'ечепо СЬеп о< = зпчз оо2< = Епч; оо01< = "11"; оо02< = "11"; е1ве о< = "ЕЕ"; оо2< = "ЕЕ"; — было: оо01< = "ЕЕ"з оо02< = "ЕЕ" з епа ЕЕ; ЕЕ кк = '1' епс кк'ечаио Яизп — было: оо03.< = "00"; оо02< = "00"з — было: е1ае оо01< = "ЕЕ"; оо02< = "ЕЕ"; епй ЕЕ; еса ркосевв; ркосевв(кк) ЬеВАп ЕЕ кт = ' 1' езза кт'ечепс Язеп оо01< = "00"; — было: оо02< = "00"з — было: е1ае оо01< = "ЕЕ"; оо02< = "ЕЕ" з епй ЕЕз епй ркосеввз азй евсЬХСесаше кк1; Рис.

4.27. Временные диаграммы объекта иоо)е12 (при описании архитектуры епс 1 листинга 4.36) 224 Глава 4 Здесь оператор изменения выхода оо2 из тела третьего процесса перенесен в тело второго процесса, и список чувствительности второго процесса дополнен сигналом из списка чувствительности третьего процесса. Результат представлен на рис. 4.27. Как видно из этого рисунка, теперь сиг- НаЛЫ На ВЫХОдаХ оэ И об ВЕдут СЕбя СОВЕРШЕННО ОдИНаКОВО. Таким образом, если в модели сигнал может иметь множество источников на уровне процессов, то он должен иметь тип вест п1одзс, а если сигнал может иметь множество источников на уровне компонентов, то он должен иметь тип ассу 1сдзс. Это связано с особенностями использования решающих функций по умолчанию для этих типов в ОгСА1) 9.0 и 9.1.

Особенности программирования на ЧН0~. для синтеза От программирования на ЧНЮ~ для моделирования к программированию для синтеза Моделирование и Синтез — взаимодополняющие деятельности в процессе проектирования систем на СБИС. И в Моделировании'„и при Синтезе используются программы на языке ЧН1)1.. В современных технологиях автоматизированного проектирования систем на СБИС, и для Моделирования, и для Синтеза мы начинаем со спецификации структуры и поведения цифровой системы.

Описание объекта на ЧН1)1, может быть использовано как для моделирования его поведения, так и для синтеза физической реализации. В Моделировании программа на ЧНР1. используется как модель, отражающая некоторое устройство (существующее в "железе" или пока только в нашем воображении). Система моделирования "исполняет" программу на ЧН1)1., имитируя работу реального устройства. Поведение устройства представляется в модели через события изменения сигналов и формируемые временные диаграммы сигналов.

Наблюдая это поведение, разработчик анализирует свой проект, делает выводы о его правильности и эффективности. Здесь программа на ЧНР(. рассматривается как модель (гйпш!айоп люде!). Чтобы избежать тавтологии в терминах ("модель для моделирования"), используем термин ЖАНР!. программа-модель. Синтез является как бы обратным процессом. При Синтезе программа на ЧН1)1. рассматривается как спецификация. детальное описание, исходные данные и требования, по которым должна быть сгенерирована реализация ' Рассматривая Моделирование и Синтез как имена собственные ссответствуюших видов дея- тельности, будем писать их в тексте с заглавной буквы.

0 оектирование на Изся 225 физического устройства, системы на СВИС. Синтезирующие программы системы автоматизации проектирования (иначе называемые синтезирующими коипилятораии) по программе на ЧНР!. генерируют реализацию проектируемого устройства. Здесь программа на ЧНОЬ выступает в другом качестве, как програлаио-спецщрикоция для Синтеза (вуп!)зев)в шос)е!). Эта разница во взглядах на программу при Моделировании и при Синтезе определяет двойственность программирования на ЧНОЬ вЂ” программирование для Моделирования и программирование для Синтеза.

Может ли одна и та же программа на ЧНОЬ быть одновременно программой- моделью для Моделирования и программой-спецификацией лля Синтеза? В общем случае, ответ будет "Нет". Не всякая программа-модель может быть использована как программа-спецификация для Синтеза. Не для всякой программы на ЧНРЬ ее поведение при Моделировании будет соответствовать поведению устройства, синтезированного по этой же программе. Имея в виду невозможность адекватной отработки тех или иных программных конструкций языка ЧНРЬ при Синтезе, часто используют понятие "синтезируемого подмножества" языка ЧНРЬ. Имеется в виду та часть конструкций и понятий языка ЧНРЬ, которые могут использоваться в программе-спецификации для Синтеза, исключая запрещенные при Синтезе конструкции.

Однако такого стандартизованного подмножества языка ЧНРЬ, как "синтезируемое подмножество ЧНРЬ", не существует. Разные синтезирующие компиляторы принимают, запрещают или игнорируют разные программные конструкции языка ЧНРЬ. Проблемы расхождения программ-моделей для Моделирования и программ-спецификаций для Синтеза не исчерпываются сообщениями о синтаксических ошибках, выдаваемых синтезирующим компилятором по программе, успешно исполняемой как программа-модель. Одни и те же допустимые и при моделировании, и при синтезе программные конструкции могут давать разные результаты.

Стиль программирования, разница применения тех или иных программных конструкций, несущественная при Моделировании, может оказывать значительное влияние на эффективность результатов синтеза устройства по программе-спецификации на языке ЧНР!.. Поэтому, переходя от программирования на ЧНРЬ для Моделирования к программированию для Синтеза, мы должны заново познакомиться с языком, посмотреть на него с других позиций. Использование программы на ЧНРЬ как программы-спецификации для Синтеза меняет взгляд на объекты, сигналы, программные конструкции языка ЧН01..

При переходе от составления программ-моделей к программам- спецификациям двя Синтеза перед нами встанут две проблемы. (З Проблема корректности. Возможное изменение смысла, изменение толкования программных конструкций ЧНОЬ при их использовании для Синтеза, может вести к изменению функционирования синтезированной ггв Глава 4 схемы по сравнению с поведением ее модели по той же программе на ЧНО(..

Возможно другое, неверное функционирование синтезированной реализации устройства по сравнению с его отлаженной моделью. 0 Проблема эффективности. Программные конструкции ЧНР1 и стиль программирования, дающие одинаковый результат при Моделировании, могут иметь сушественные отличия по эффективности реализации при Синтезе (быстродействие, объем схемы). Так же, как для формирования представления о языке ЧНО(., для понимания семантики конструкций языка ЧНОБ при Моделировании пользуются понятиями дискретного событийного моделирования, так для осмысления конструкций языка ЧНОЕ как языка программ-спецификаций для Синтеза, используют понятие лроцедуры вывода схемы (изГегепсе). Синтезирующие компиляторы с языка ЧНРЕ "выводят" структуру реализации проектируемого устройства — состав базовых элементов и связи между ними, основываясь на программе-спецификации проектируемого устройства на языке ЧНОЕ.

Язык ЧНОŠ— язык "программирования" аппаратуры, аппаратно реализуемых алгоритмов, параллельных по своей природе конструкций. Программируя на ЧНР1, мы должны "видеть" за программными конструкциями языка параллельно работаюшие компоненты, множество параллельно сушествуюших и меняюшихся сигналов в схеме. Синтез оперирует с тремя видами информации: 0 ЧНОЕ программа-спецификация проектируемого устройства; О базис реализации — набор элементов, которые могут использоваться для конструирования реализации; О набор ограничений лля синтезируемой реализации устройства. Можно провести аналогию Синтеза с компиляцией с традиционного языка программирования высокого уровня. Компилятор, синтаксически разобрав текст программы на исходном языке, транслирует программу на язык машинных кодов объектной ЭВМ, генерирует объектную программу из предопределенных элементов — машинных команд процессора, на котором программа будет исполняться (25). Так и Синтез устройства — иными словами, компиляция устройства по ЧНО).

программе-спецификации, может использовать разные наборы элементов (" элементный базис" реализации [27]) для построения синтезируемых устройств. Базис реализации может состоять из элементов разного уровня — от вентилей, от элементарных логических элементов классических базисов комбинационных схем в СДНФ (совершенной дизъюнктивной нормальной форме), от логических блоков табличного типа (ШТ) до макроячеек сложных функциональных блоков — мультиплексоров, тактовых генераторов, регистровых блоков, готовых блоков памяти, АЛУ, умножителей, вплоть до "процессорных ядер" (например, реализованных на уровне Проектирование на МНИ.

гг7 топологии СВИС аппаратных блоков РРС405 — процессоров с архитектурой РочегРС в СБИС Ч)гсех-П Рго, 118]). Как и в компиляции программ с традиционных языков программирования, вслед за "выводом" откомпилированной схемы реализации устройства производится оптимизация схемы с целью увеличения быстродействия или сокращения аппаратных затрат, уменьшения размеров на кристалле. Оптииизация схемы приводит к ее трансформациям, иногда весьма существенно меняющим структуру, которая просматривается в исходном тексте програмиы на ЧН1)1..

Результатом может быть расхождение в поведении модели устройства и поведении реализации устройства, синтезированного по той же программе на языке ЧНР).. Грамотный разработчик должен учитывать возможность таких трансформаций, когда пишет на ЧН01. программу- спецификацию для Синтеза проектируемого устройства. Стратегия оптимизации схемы различна в разных синтезирующих программах.