Джон Ф.Уэйкерли Проектирование цифровых устройств. Том I (2002) (1095889), страница 82
Текст из файла (страница 82)
Наше старое доброе устройство для обнаружения простых чисел вновь представлено в табл. 4.бЗ, на этот раз — в виде архитектуры, в которой использован цикл аког. Замечательно то, что в данном примере дается истинно поведенческое описание: здесь язык ЧНАЯ. на самом деле используется для определения того, является входное воздействие К простым числом илн нет. Мы увеличили также размерность массива )ч до 16 разрядов, чтобы подчеркнуть тот факт, что мы способны теперь создавать компактные модели схем, нс перечисляя в явном виде сотни простых чисел. Табл. 4.63.
Архитектура устройства для обнаружения простых чисел, в которой использован оператор гог 11Ьгвгу 1ЕЕЕ; пвв 1ЕЕЕ.всг( 1оЕ1с 1164.а11; епгзгу ргзве9 зв ротс ( К: гп ЕТ0 ЕОСТС БЛЕСТОК (16 цовпсо О); Р: опе ЯТ0 1.001С )~ епа ргзве9; агспзсесспге ргзвев вгсЬ о1 ргзае9 1в Ьебзп ргосевв(К) твгьаЬ1е К1: 1КТЕСЕЕ; твг1аЬ1е ргзвв: Ьоо1еап; ЬеЕ1п К1 := СОК7„1МТЕСЕЕ(М); ргзве := сгпе; зХ М1=1 ог М1 2 сцеп пп11; — евое саге оХ Ьовпеагу савва е1ве 1ог з га 2 Го 263 1оор 11 К1 аоц з 0 ГЬеп ргзие := га1ве; ехзе; впв зХ; епд 1оор; епд 11; 11 ргьве свел Е <= '1'; е1ве т < '0'; епц 11; епа ргосввв; епе ргзав9 агсЬ; Оператор 1оор последнего вида — это явка «Ь11е (иЬ11е!сор), синтаксис которого приведен в табл.
4.64. В такой конструкции булево выражение Ьао(еалвгргвззгоп вычисляется перед началом каждой итерации, и цикл выполняется только до тех пор, пока значение этого выРажения остается равным Г гое. 4.т. Язык описания схем УНОЬ 351 ПЛОХОЙ ПРОЕКТ Приведенный в табл.4.63 вариант структуры — это хороший пример примененияя цикла Хоп н плохой пример проектирования схемы. Хотя ЧНОЬ и является мощным языком программирования, использование всех его возможностей в полном объеме при описании устройства может оказаться неэффективным, а само проектируемое устройство — несинтезируемым, Виновник этого в табл. 4.63 — оператор пюс~.
Для этой операции требуется деление целых чисел, тогда как большинство программных средств, ориентированных на язык ЧНОЬ, не в состоянии синтезировать схемы деления за исключением особых случаев типа деления на степень 2 (реализуемого сдвигом). Но даже если бы программные средства могли синтезировать делители, мы не захотели бы задавать структуру устройства для обнаружения простых чисел в таком виде. Приведенное в табл.
4.63 описание предполагает создание комбинационной схемы, поэтому программные средства должны были бы образовать 252 комбинационных делителя, по одному на каждое значение з, для «развертывания» цикла 1от и реализации схемы! Процессы можно использовать для описания поведения как юмбннационных, так и последовательностных схем. В главе 5, в разделах, относящихся к языку ЧНОЬ, будет дано много больше примеров описания юмбинацнонных схем.
Для описания последовательностных схем понадобятся некоторые дополнительные свойства этого языка; они будут рассмотрены в параграфе 7.12, а примеры проектирования последовательностных схем будут приведены в ЧНОЬ-разделах главы 3. 4.7.9. Отсчет времени и моделирование Ни в одном из примеров, с которыми мы имели дело до снх пор, отсчет времени прн работе схемы не моделировался: все происходило в модели за нулевое время.
Однако в языке ЧНОЬ имеются замечательные средства отображать ход времени, и это является еще одной действительно важной стороной данного языка. В нашей книге мы не станем вдаваться в подробности по этому поводу, но несколько идей здесь все же приведем. Язык ЧНОЬ позволяет с помощью ключевого слова а г пег задавать временную задержку в любом сигнальном операторе присваивания, в том числе при последовательном, параллельном, условном и избирательном присваивании.
Например, архитектуру вентиля запрета из табл. 4.26 можно было бы записать в следующем виде: 2 <= '1' аХсех 4 пз нпеоХ='1' ап6 т'='О' е1зе 'О' а1гег 3 па; Этим моделируется вентиль запрета с задержюй, равной 4 нс при переходе выходного сигнала из О в Ь и с задержкой всего 3 нс при переходе из 1 в О. В типичной среде проектирования специализированных ИС такими параметрами задержки наделены написанные на языке ЧНОЬ модели всех библиотечных компонентов 362 Глава 4. Принципы проектирования коибинационных логических схем Табл. 4.64. Синтаксис цикла нЬ11е в яэыкЕЧНР~ вЫ1е Ьоо!еап-ягргеяя!оп 1оор яеоиеп1!а1-я1а1етеп1 яег!иепг!а1-яга1етепг евд 1оор; Табл.4.66. Использование оператора на 11 языка ЧНРЬ для генерирования вход- ных воздействий прн тестировании евЫСу 1вЫЫСтезгиевсЬ Хз ево 1оЫЫСТезСВевсЬ; агсььсессвге 1выыстВ атсЬ от 1выыстезсВевсь 1з сошровевс 1вььыс роте (х,т: зв Вхт; е: овг В1т); ево сошровевс; з1Х)яа1 ХТ, Ут, ЕТ: ВТТ; Ьея1в 01: 1вЫЫс ротс шар (ХТ, ТТ, ЕТ); ртосезз Ьейьв ХТ < 'О'; тт <= 'О'; ва1с тот 10 вв; хт <- о ; тт <- ва1С тот 10 вз; ХТ <= '1'; ТГ < '0'; ва1г 1от 10 вз; Хт < '1'; УТ <= '1'; ва1С; — ГЫз звзреваз СЬе ргосезз 1вде11в1ге1у еякг ргосезз; евд 1вЫЫстВ атсЬ; Когда уже имеется ЧНРЬ-программа, корректная с точки зрения синтаксиса, для наблюдения за ее работой можно воспользоваться ЧНРЬ-средствами моделирования.
Мы не будем подробно рассматривать эти вопросы, но составить общее представление о том, как работает моделирующая программа, полезно. В момент, когда моделирующая программа начинает работать, время в модели (я!ти!аг!оп 1!те) равно нулю. В этот момент всем сигналам присваиваются их нижнего уровня. Эти оценки позволяют моделирующей ЧНРЬ-программе приближенно предсказывать временное поведение больших по размеру схем„состав. ленных из таких компонентов. Другой способ включения отсчета времени предоставляет последователь ный оператор ь а 1* (на я с ягагетеп1). Этим оператором можно воспользоваться, чтобы приостановить процесс на заданное время.
В табл, 4.65 приведена в качестве примера программа, в которой оператор на1с использован для того, чтобы сформировать в модели входное воздействие для тестирования вентиля запрета, состоящее в переборе четырех различных комбинаций входных сигналов с шагом! 0 нс по оси времени. 4 7. язык описания схем ЧНР~ 353 значения по умолчанию (от которых работа вашей программы ие должна зависеть!). Инициализируются также сигналы и переменные, начальные значения которых объявлены явно (мы не говорим, как это делается). Затем моделирующая программа начинает исполнение всех процессов и параллельных операторов в данномпроекте.
Конечно, моделирующая программа не может фактически обеспечить одновременное протекание процессов и исполнение параллельных операторов, но она притворяется, будто делает это, с помощью упорядоченного по времени «списка событий» и «матрицы чувствительности к сигналам». Заметьте, что каждый параллельный оператор эквивалентен одному процессу. В нулевой момент времени в модели моделирующая программа готова начать исполнение всех процессов и выбирает один из них. Выполняются все последовательные операторы этого процесса, включая циклы, если они предусмотрены.
Когда исполнение этого процесса заканчивается, выбирается еще один процесс и так далее, до тех пор пока не будут выполнены все процессы. Этим завершается цикл мод«лира«ания (лти)апоп сус)е). Во время исполнения процесса могут возникать новые значения сигналов. Немедленного присвоения сигналам этих значений не происходит; вместо этого новые значения помещаются в список событий (е»епг!Вг), и намечается, что они станут эффективными в определенный момент времени. Если присвоение отнесено к явно заданному времени в модели (например, с задержкой, указанной в предложении ах сег), то в списке событий предусматривается выполнение данного действия именно в этот момент времени. В противном случае считается, что присвоение должно произойти «немелленно»; однако в действительности реализация этого события откладывается до момента времени, равного текущему времени в модели плюс один «элементарный сдвиг по времени».
Под элементарным сдвигом по времени (арейа Ие(ау) понимается бесконечно короткий отрезок времени, такой что текущее время в модели плюс любое число элементарных сдвигов все еше остается равным тому же самому значению. Этот принцип позволяет, когда необходимо, многократно исполнять процесс в модели за нуле- ° вое время. После того как цикл моделирования завершен, просматривается список событий в поисках одного или нескольких сигналов, которые изменяются в ближайший очередной момент времени. Таким моментом может быть более позднее время, отличающееся от текущего лишь на один элементарный сдвиг, либо очередной момент может определяться реальной задержкой в схеме, и тогда время в модели продвигается до этого момента.
В любом случае осуществляется запланированное изменение сигнала. Некоторые из процессов могут быть чувствительны к изменяющимся сигналам согласно сведениям, хранящимся в матрице чувствительности к сигналам. В ней для каждого сигнала указано, у каких процессов этот сигнал имеется в списке чувствительности. (У процесса, эквивалентного параллельному оператору, в список чувствительности заносятся все его управляющие сигналы и данные.) Все процессы, чувствительные к только что изменившемуся сигналу, намечаются для исполнения в очередном цикле моделирования, к которому моделирующая программа и приступает. З54 Глава 4. Принципы проектироеаннн комбинационных логических схем Двухфазная работа моделирующей программы иа каждом цикле моделированияя, сопровождающаяся просмотром списка событий и составлением очередного раслисаиия присвоения сигналам их новых значений, продолжается иеограни чеино долго, до тех пор, пока список событий не будет исчерпан.
На этом моделирование завершается. Механизм списка событий позволяет имитировать исцолиеиие параллельиь,х процессов, несмотря иа то, что работа моделирующей программы представляет собой один поток операций, выполняемых иа единственном компьютере. А механизм элементарных сдвигов по времени обеспечивает правильность работы моделирующей программы, хотя может потребоваться многократное исполнение процесса или набора процессов в моменты времени, разделенные элементарными сдвигами, прежде чем изменяющиеся сигналы приобретут свои установившиеся значения.
Этот механизм используется также для обнаружения выходящих из-под контроля процессов (типа "Х <= поГ Х"); если в результате выполнения тысячи циклов моделирования на тысяче элементарных сдвигов по времени ие происходит продвижение времени в модели насколько-нибудь «реальную» величину, то, вероятнее всего, что-то ие так. 4.7.10. Синтез Как мы упоминали в начале этого параграфа, язык ЧНРЬ первоначально предназначался для описания логических схем и моделирования и лишь позднее был приспособлен для синтеза. В этом языке много конструктивов и излишеств, которые не могут быть сиитезироваиы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
