Суворова Е.А., Шейнин Ю.Е. Проектирование цифровых систем на VHDL (2003), страница 46

Их применение в программах на '1)НР!. способствует лучшей мобильности программ и расширяет возможности применения в проектах широкого спектра библиотек компонентов. Однако при работе с ними нельзя забывать, что эти типы являются перечислимыми, надо помнить соответствуюший им набор значений. Тип вес( 1од?с из пакета в?с( 1од'с 1144 является распространенным примером такого рода типа, рекомендуемым для моделирования логических сигналов (см, приложение 1). Этому типу соответствуют 9 возможных значений. ПРи Работе с сигналами типа всб ?одзи важно помнить об этом, не пУтать их с логическими сигналами двоичного типа. В противном случае при Моделировании мы рискуем получить неверное поведение моделируемого устройства, а при Синтезе — генерацию неожиданно громоздкой и медленной реализации устройства.

Возьмем простой пример (листинг 4.46). Л(4стииг 4.46 11Ьгату ьеее иве 1еее.вЫ 1одьс 1164.а11 епгЫу а1и гв роге (соое,х,у: 1п вес? 1одьс; г: оит вес? 1одьс); епс спи.ту а1и; агсЬ1тестиге а1и Ьеьаи от а1и гв Ьедап ртосевв ат (сос(е = '0') тьеп в< = х ог у; епд ггг 1г (сос)е = '1') тьеп г< = х апи у епс 1т? епс ргосевв) еги$ атсьатестите а1и Ьеьаи? Здесь проверяется состояние входного сигнала сос(е (сравнение его со значениями ТУ и 'Р). В обеих ветвях присваивается значение одному и тому же сигналу — выходному сигналу г. Казалось бы, при Синтезе результатоя будет чисто комбинационная схема, компактная и быстрая. Однако вспомним, что тип всц ?од?с имеет девять значений, из которых мы проверили только два — '0' и '!'.

При Моделировании по такой программе, если сигнал Проектирование на )(Н0!. не равен ни 'О', ни '!', сигнал а не должен изменить своего значения. При Синтезе же это означает, что синтезированная схема должна сохранять текущее значение сигнала а. Тогда на выходе схемы будет поставлен элемент памяти — триггер-защелка, который либо пропускает на выход сформированное значение а (в случае если сигнал соне равен О или !), либо хранит предыдущее значение г (если сигнал сос)е имеет какое-нибудь другое значение). Но существуют инструменты, которые при синтезе рассматривают тпн всг) 1одьс КаК СОдсржащнй ТОЛЬКО дВа ЗНаЧЕНИя: 'Г И 'О' (НанрИМЕр, Гоцпда((оп 2.! !). В таком случае будет синтезирована чисто комбинационная схема. Операторы цикла Большинство существующих в настоящее время инструментов синтеза, в том числе и Гоцпда()оп Ехргеан, поддерживают синтез только тех операторов цикла, для которых количество повторений можно определить на этапе синтеза.

Для каждого повторения цикла синтезируется своя комбинационная схема. Синтезирующий компилятор, транслирующий программу на ЧНИ. в аппаратуру, должен определять количество и состав синтезируемой аппаратуры прямо на этапе компиляции-синтеза. Из операторов цикла такими свойствами олнозначно обладает цикл вида рог...1оор. Именно этот вид цикла поддерживается в режиме Синтеза большинством синтезирующих компиляторов языка ЧНЕН.. Например, используя циклическую конструкцию, мы можем компактно описать 8-разрядный сдвиговый регистр (листинг 4.47). :,' Листинг 4:47 11ьгагу 1ЕЕЕ) иве 1ЕЕЕ.вес) 1одьс 1164.а11; вое1еу в?т1гг геда 1в роге (с1К, 1по)ага: 1п вго) 1одьс? оиготаса: опо все 1одтс оесгог(7 аовпоо 0) ета епЕЫу в)71гг геда; его)т1еесеиге Пег вупгц ое в)т?ГС геда ав в?дпа1 гедьвгег Ыгв: вЫ 1одьс оесгог(7 доепоо 0) Ьвд1п ргосевв (с1К, ?прага) ьв ьер$п 1г (гпв)лд ег)де(с1)г) ) е)веп гог 1 1п 7 аоепоо 1 1оов Глава 4 хед1ятег Ыхв(1) < = гедгвхег Ыхв(1-1) епо 1оор; тедьяхег Ыхя(0) < = 1поата; оигс)ага < = гед1вгег Ыгв; впо 1г> епо ргооввву впй агоЫееоепгв бог вупгЬ; В этом примере число итераций цикла известно компилятору, поэтому такая конструкция будет синтезируема.

По своему результату она окажется эквивалента развернутой записи соответствующего числа итераций тела цикла (листинг 4.48). 11Ьгвгу 1ЕЕЕ> пве 1ВВВ.вх . 1одьс 1184.а11; впЫЕу яЫЕГ теда 1в рюгг (с1)<, ьпс)аха: 1п ясс) 1одьс; оиЫаса: опт ясс) 1одас уессот(7 оовпго О) евй впг1гу вЬ1гт гед8; агоЫГеогпгв гог вупГЬ2 ог яика хед8 ав в1дпаз тедьяхет Ыхя: вх . 1од1с чессот(7 оовпго О) Ьед1п ргооввв (с1)<, 1пс)ага) хв Ьедал 1г (тьвьпд ес)де(с1)<) ) ЕЬеп гедьвгет Ььхв(7) < = тедаятет Ыся(б) тедгвсет Ысв(б) < = хед1ясет Ыхя(5) гедьвсег Ысв(5) < = гедьвтег Ысв(4) гедьвтег Ытя(4) < = тедьвгех Ыся(3) тедгясег Ытя(3) < = тедьвхет Ысв(2) тед1яеег Ытя(2) < = тедьяхех Ысв(1) тедьяхет Ььхя(1) < = хедьятег Ытв(0) гедьягег Ыгв(0) < = 1пс(ага; обхвата < = гед1ясег Ььгв; впо ргооввв) епо агсМгесепге Ест вупхЬ2; Чроектирование на МНО(. Наглядно видно удобство и компактность записи листинга 4.47 по сравне«ию с листингом 4.48.

Легко представить себе разницу, если, допустим, наю описать 64-разрядный регистр. Кроме того, циклическая конструкция удобна для задания параметризован«ых описаний устройств. Например, используя механизм настраиваемых )араМЕтрОВ дапегао, МОЖНО ОПИСатЬ СдВИГОВЫй рЕГИСтр С ПараМЕтрИЗОВаи«ым числом разрядов (листинг 4.49).

Листинг 4;49 (ипату 1ЕЕЕ) вве 1ЕЕЕ.ят<) 1одас 11б4.а11 ваШу яЫбт геди ьв )впег1о (И: роя1т1ое)« Вове (с1Х, 1поата: ьо ятс) 1одьс; опт«)ааа: опе вт<) 1одьс оестог(И-1 ()оепсо О) впе епЫеу яЫбт теди; псМСеоепге тот яуптЬЗ ов яЬ1бт гедИ 1в втдаа1 тедгятет Ытя: ятс) 1одьс уестот(и-1 доепсо О) бвдкп ртооевв (с1Х, 1ооата) ав Ввдап 1т (т1ягпд ес)де(с1)с)) еиеп дог 1 ап И-1 «тоепео 1 1оор тед1ятет Ытя(1) < = тедьятег Ьття(1-1); епе 1оор; гедьятет Ытя(0) < = 1пс)ага; оиЫата < = тедтятег Ытя; вод ргосевв) ев) атоЬ1ееоеите кот яуптЬЗ« НаетранааЕМЫЕ ПараМЕтрЫ депетас — ЭтО КОНСтаНтНЫЕ ЗНаЧЕНИя, ИЗВЕСТНЫЕ синтезирующему компилятору в момент компиляции программы-спецификации на ЧНИ..

Если количество повторений невозможно определить на этапе синтеза, как, например, для листинга 4.50, синтез схемы не выполняется. Глава 4 Листинг 4.80 Ьььгагу 1ЕЕЕ иве 1ЕЕЕ.ят<) 1од1с 1164.а11; иве 1ЕЕЕ.яМ 1одьс атьть.а11; иве 1еее.ято. 1одьс ипяьдпвд.а11; епсаеу иу юь11е 1в ротс(3п1,1п2:Еп ято 1сдьс; с1: 1п Епевдвг гапдв 0 ео 15~ оиг1: оис ято 1одтс ); епй епЕЫу ту юп11ег агоь4евосигв тт1 от иу ви11е 1в Ьед4п ргосевв (1п1, ьп2, с1) иаг1аЬ1е чс:3пседвг гапде 0 Со 15; Ьедьп ис: = 0; ИЬ11е (ис<с1) 1оор оит1< = ьп2; ус: = ис 4 1; епа 1оор; оит1< = 1п1; епа ргосввв; епо агоЬ1сеосиге тт14 Конечно, с точки зрения программирования, можно написать цикл с числом итераций, определяемым на этапе компиляции, используя и другие ви- дЫ ЦИКЛОВ, НаПрИМЕр, ЦИКЛ С УСЛОВИЕМ ИЬ11е.

ПрОГраММу (СМ. ЛИСТИНГ 4.41) можно переписать так, как представлено в листинге 4.5К Листинг 4.51 11Ьтагу 1ЕЕЕГ иве 1ЕЕЕ.яЫ 1одас 1164.а11; епс1ьу яьттт тед8 Тв роге (с1К, 1поата: Еп ятб 1одьс; оиЫата: оие яЫ 1одьс честот(7 4(овпсо 0) еп41 епсьсу яь1тт теда; агоьаевоеиге тот яупсь4 от яп1тт тед8 1в в1дпаз тедьятет Ытя: ятг) 1одтс иестот(7 боепьо 0) Проектирование на )ГНР( гаг Ьеддп ртооевв (с1)<, дпоата) 1в тетдаЫе 1: патита1; 1Д (тдядпд е<)де(с1К)) еьеп ).: =7; иЫ1е (1>0) 1оор тедьятет Ытя(1) < = тед1ятет Ытя(1-1) = 1-1; епа 1оор; тедьятет Ытя(0) < = 1п<)ата; оптоата < = теддятет Ытя; еяд ртооевв; епа атомьеоепте тот яуптпа; Однако не все синтезирующие компиляторы поддерживают конструкцию еыде.

При программировании на ЧНРЕ для Синтеза более надежным будет использовать циклы вида вот...хоор. Стоит напомнить, что в проектах систем на ЧНОЕ для одного типа объекта, одного епЫьу, мы можем иметь множество различных описаний архитектуры. Выбираем то или иное описание архитектуры при задании конфигурации компонентов, включаемых в структуру описываемого устройства. На разных стадиях работы с проектом устройства мы можем выбирать разные архитектурные тела для компонентов его структуры, при Моделировании— одни, при Синтезе — другие.

Процессы и компоненты Список чувствительности процесса Список чувствительности процесса имеет большое значение при программировании на ЧНПЕ для Моделирования. Он определяет, когда процесс срабатывает в ходе моделирования. Если при описании процесса в список чувствительности включены не все входные сигналы (т. е. сигналы, значения которых используются в выражениях в операторах процесса), то процесс будет вызываться только при изменении тех сигналов, которые явно перечислены в его списке чувствительности.

При изменении других сигналов процесс вызваться не будет, и операторы, заданные в его теле, не будут выполняться. гав Глава 4 При Синтезе иная ситуация. Когда по программе на ЧНРЬ выполняется синтез, для процесса синтезируется фрагмент схемы, использующий все сигналы, указанные в теле процесса. Представим себе, что процессу сопоставляется комбинационная схема. Она по своей природе реагирует на изменения любых входных сигналов. Соответственно такому "аппаратному" взгляду на сигналы, синтезирующие компиляторы игнорируют список чувствительности. При синтезе фрагмента схемы, сопоставляемого процессу, компиляторы полагают, что в список чувствительности включены все сигналы (если в процессе не использован оператор мазе).

В результате, преобразования сигналов, заданные процессом, в синтезированной схеме выполняются всегда, при изменениях любых входных сигналов, в то время как в программе-модели на ЧНРЬ эти преобразования ие выполняются, если не было изменений сигналов из списка чувствительности. Это является одной из типовых причин расхождения результатов Моделирования устройства до Синтеза (т. е. моделирования по программе на ЧНПЬ) и результатов моделирования устройства после Синтеза (т. е. выполняемого не по программе на ЧНРЬ, а по синтезированной схеме). В таком случае мы не сможем использовать сравнение результатов моделирования до и после Синтеза для проверки корректности синтезированной схемы проектируемого устройства.

Этой довольно неприятной ситуации можно избежать за счет соответствующего стиля программирования на ЧНР( . Если мы хотим иметь программу на ЧНПЬ, которая будет использоваться и как программа-модель, и как программа-спецификация для синтеза реализации проектируемого устройства, то список чувствительности процессов стоит рассматривать чисто как средство сокращения времени моделирования (за счет исключения запуска процесса при изменении некоторых сигналов). Не стоит использовать список чувствительности как средство управления логикой работы процесса в зависимости от событий изменения сигналов. Для этого лучше применять оператор мазе.

Часто дают и более радикальную рекомендацию — всегда включать в список чувствительности процесса все его входные сигналы [!9). Опять же, стоит напомнить про возможность наличия в проекте на ЧН()Ь множества архитектурных описаний для одного объекта. На этапах предварительного моделирования можно конфигурировать проект на использование архитектурных тел компонентов, которые написаны только для Моделирования и имеют сокращенные списки чувствительности процессов где только можно. При моделировании перед Синтезом, для получения временных диаграмм сигналов, которые надо сопоставлять с получаемыми в синтезированной схеме, необходимо конфигурировать проект на использование архитектурных тел, в которых списки чувствительности процессов содержат все входные сигналы.