Суворова Е.А., Шейнин Ю.Е. Проектирование цифровых систем на VHDL (2003) (1095892), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Для каждой ветви генерируется своя комбинационная схема. Выходы схем объединяются через мультиплексор, управление которым осуществляется на базе сигналов, входящих в условное выражение ОПЕратОра 1В ИЛИ саве. ПрИ ОЧЕрЕдНОМ ВЫПОЛНЕНИИ ПрОцЕССа ВЫПОЛНяЕтея ТОЛЬКО ОдНа ВЕТВЬ ОПЕратсра 1Е ИЛИ савв. С точки зрения Синтеза имеет существенное значение, каким сигналам присваиваются значения в альтернативных ветвях условных конструкций. Во всех ветвях могут определяться значения для одного и того же набора сигналов или же наборы сигналов в различных ветвях могут быть различными.
В последнем случае предполагается, что сигналы, которым не присваиваются новые значения в ходе выполнения конкретной ветви, сохраняют свои прежние значения. Если некоторый сигнал при определенных условиях не меняется, то его значение должно быть зафиксировано и держаться на соответствующей линии связи в синтезируемой схеме. Комбинационная схема сделать этого не может, и мы попадаем в класс схем последовательностных, схем с памятью. Поэтому при Синтезе, для каждого сигнала, значение которого переопределяется не во всех ветвях условной конструкции, будет сгенерирован триггер-защелка, фиксирующий и хранящий прежнее значение сигнала, если при текущем срабатывании условного оператора его значение не меняется.
Это приводит к дополнительным аппаратным затратам и снижению быстродействия схемы. Поэтому во всех случаях, где такая ситуация допускается логикой работы, во всех ветвях должны переопределяться одинаковые наборы сигналов. В примере, приведеннои в листинге 4.39, в обоих ветвях оператора 1г присваиваются значения одному и тому же набору сигналов. ; Листинг'4.39 11Ьяа*у 1ЕЕЕ; баяв 1ЕЕЕ.яоо 1одьс 1164.а11; ияа ХЕЕЕ.ясо 1одьс ат1сь.а11; ияе 1ЕЕЕ.яос1 1одьс опя1дпао.а11; апяьау ту 1Г 1я рояь(1п1,1пзоьп вой 1одьс; Проектирование на УНТ 237 С1З ЗП аЫ 1О01С зтЕОХОХ)1 <)ОЗЗПХО О) З оис1, оие2 з опс во<) 1ояз.с) з еза еьШЕу ту ьх; ахсььсвссохе хх1 ох ту 1Г ьв рхосевв)зп1,зп2,с1) Ьвя1п 1х с1 = "00" еЬеп оие1< = ьп1з опс2< = зп2з е1ве оис1< = ьп2з опс2< = ьп1з епо вез езззт рхосввв з езз ахсьзевсеихе хс1з Сравним характеристики схемы, синтезированной на базе листинга 4.39, и схемы, в которой тело процесса имеет вид, представленный в листинге 4.40.
ЛиетИЙгФ41)" зз с1 = "00" ЕЬвп оос1< = ьп1; е1ве опе1< = ьп2з опе2< = 1п1з В первом случае в обеих секциях оператора 1я определяются значения для одинакового набора сигналов опх1 и опхг (разные значения, но для одного и того же набора сигналов). Во втором случае (листинг 4.40) в секции еьеп определяется только значение сигнала опх1; предполагается, что опсг должен сохранить свое прежнее значение. Поэтому во второй схеме, в отличие от первой, для фиксации значения сигнала опхг генерируется триггер- защелка. Реализация варианта схемы по листингу 4.39 занимает один слой, для нее необходимо два четырехвходовых ШТ (12 эквивалентных вентилей). Максимальная задержка передачи сигнала от входа к выходу составляет 9,345 нс.„максимальная задержка сигнала в линии связи составляет 0,888 нс.
Реализация второго варианта схемы (листинг 4.40) занимает два слоя, для нее необходимо два четырехвходовых ЫЗТ и один триггер-зашелка (17 эквивалентных вентилей). Максимальная задержка передачи сигнала от входа к выходу составляет 10,679 нс., максимальная задержка сигнала в линии связи составляет 1,149 нс. Эта схема содержит элемент памяти, поэтому для Глава 4 ~.,;Листинг 4.41 оие1: оие ягд 1од1с; оисг: 1поие ясс) 1одтс); ргосввв(1п1,1пг,с1) Ьвд1п 1Е с1 = "СО" Еьеп 11пгагу 1ЕЕЕ иве 1ЕЕЕ.яЫ 1одьс 1164.а11 иве 1ЕЕЕ.ясс3 1одяс агась.а11; иве 1ЕЕЕ.ягс) 1одьс ипя1дпес(.а11 епяасу пу ьвг 1в роги(1п1,1пг:1п ягс( 1одьс; с1: 1п ясс( 1од1с иесгог(1 с(оепго 0); впо епсаяу пу 112; агсп1Еесяиге гс1 ог пу 112 1в Ъвд1п оиг1< = 1п1; оиг2< = оигг; е1ве оиг1< = 1п21 оие2< = 1п1; епс ргосввв; епд агой.евсееве гг1; Схема, описанная таким образом, будет иметь поведение, аналогичное поведению схемы листинга 4.40, а аппаратные затраты на ее реализацию и временные характеристики будут такие же, как для схемы листинга 4.39.
Оператор саве может содержать только одно условное выражение, в то время как в операторе 1и каждая ветвь взв1в может содержать свое условное выражение. В соответствии с этим, при синтезе для оператора саве исполь- ЗУЕтСЯ ТОЛЬКО ОДИН МУЛЬТИПЛЕКСОР, В тО ВРЕМЯ КаК ДЛЯ КажДОй СЕКЦИИ е1в11 нее определяется минимальный период изменения сигнала — 3,325 нс., что соответствует максимальной частоте 300,752 МГц. Как можно видеть из этого простого примера, даже при появлении одного сигнала, значение которого определяется не во всех ветвях, увеличиваются аппаратные затраты и несколько ухудшаются временные характеристики. В некоторых случаях этого, однако, можно избежать.
Если в данном приме- рЕ рЕжИМ СИГНаЛа оисг ИЗМЕНИТЬ С оиг На ьпоиг (ИЛИ Ьиееег), тО В ВЕТВИ еьеп ему можно будет присваивать его собственное значение. Такое описа- ние приведено в листинге 4.4Е Проектирование на УНИ. используется отдельный мультиплексор (как и для вложенных операторов 1?). Это приводит к увеличению аппаратных затрат и ухудшению временных характеристик схем.
Поэтому во всех случаях, где может быть использован оператор сава, предпочтительнее использовать его. Сравним характеристики схем, синтезированных на базе листингов 4.42 и 4.43. Эти схемы выполняют одну и ту же функцию, но в первом случае для ее описания использован оператор саве, а во втором — набор операторов 1я. Листинг 4,42 11вгагу 1ЕЕЕз иве 1ЕЕЕ.яе<) 1одзс 11б4.а11з вве 1ЕЕЕ.яг<) 1одз.с аг?С)з.а11з аве 1ЕЕЕ.яМ 1од?с ипя?дпе<).а11з апсзсу азу саяе 1в роге(зп1, ?п2, зпз, зп4 зап яЫ 1одзсз с1 з 1п яг<) 1одзс ззессог(1 аоепео О) оиг1 : опе яС<) 1одзс ); аае епс1су ту саве; аго?з?сеоепге гг1 оя пзу саяе 1в Ьадап ргооевв(1п1,1п2,?пз,?п4,с1) педАп саве с1 1в и?зеп "ОО" = > оог1< = ?п1; еиеп "01" = > оое1< = ).п2; е?зеп "10" = > оог1< = з.пзз н?зеп "11" = > опг1< = з.п4; е?зеп осиегв = > оиг1< = зп1; епа саве; еп6 ргооевв; авй аго?1сесспге гс1з Листннг 4.43 иве 1ЕЕЕ.ягц 1одзс 1164.а11; иве 1еее.яс<) 1одзс аг?с)з.а11( аве 1ЕЕЕ.яго 1од?с ипя?дпе<).а11( епсаеу пзу саяе1 1в г4О Глава 4 ропе(1п1, зп2, зпз, зп4ззп веб 1одзо; с1з Еп аеб 1одзс ззеосоп(1 боепео О) з оис1: опс всб 1од1о ); впб епеяеу ззу саве1з ввоЬ1ееоепве тс1 оЕ зззу оаве1 Ев Ьед1п рвооевв(з.п1,зп2,1п3,1п4,01) Ьедьп ЕЕ с1 = "00" Е)зеп оие1< = зп1( е1ве 1Е с1 = "01" еивп опе1< = зп2з е1ве 1Е с1 = "10" Е1зеп опе1< = Епз; е1ве оие1< = 1п4з епб ЕЕз впб 1Е; епб 1Ез епб рвооеввз епб въо?Швоепве тс1( Для реализации ЧН01 программы листинга 4.42 используется один слой и два четырехвходовых ШТ, или 15 эквивалентных вентилей.
Максимальная задержка передачи сигнала от входа к выходу составляет 9,б94 нс., максимальная задержка сигнала в линии связи составляет 1,048 нс. Для реализации описания листинга 4.43 используется один слой и три четырехвходовых ШТ или !8 эквивалентных вентилей. Максимальная задержка передачи сигнала от входа к выходу составляет 10,296 нс., максимальная задержка сигнала в линии связи составляет 1,084 нс. Несколько изменив стиль программирования, можно улучшить характеристики и при использовании условного оператора 1е. В данной программе можно использовать не вложенные, а последовательные операторы Ее (листинг 4.44).
Лйотинг 4.44 1Е с1 = "00" ЕЬвп оие1< = зп1; взвя 1Ез 1Е с1 = "01" ЕЬеп оие1< = зп2з епб 1ЕЗ 1Е с1 = "10" ЕЬвп оие1< = Епз; епб 1Е; ЕЕ с1 = "11" ЕЬвп оие1< = 1пАз епб ЕЕ; В этом случае аппаратные затраты будут такие же, как и для листинга 4.43, а временные характеристики чуть хуже. Схема, выполняющая ту же функцию, может быть описана и.с использованием параллельного селективного оператора присваивания. Такое описание приведено в листинге 4.45.
241 Проектирование на МНРс Лветйиг'4.4$ 11ьтвту 1ЕЕЕу ове 1ЕЕЕ.вЫ 1одьс 1164.а11; ояе 1ЕЕЕ.ято( 1одьс атьтй.а11; ове 1ЕЕЕ.вЫ 1одьс ипвьдпед.а11; епткту ту яе1 1в роте(1п1,1п2,1п3,1п4:1п яст( 1одьс; с1: Еп всо( 1одьс уессот(1 довпто О)," оит1: опт вЫ 1одьс аяз ептьеу пу яе1; атовзтеототе тт1 от пу ве1 Ев Ьедап в4тн с1 ве1еое оит1 < = ьп1 мнеп "00", 4п2 мнеп "01", ьпз мнеп "10", ьп4 мзтеп "11", ьп1 мзтеп оенетв; ак( атоньтеотпте тт1; В данном примере аппаратные затраты на реализацию такого описания и временные характеристики полностью совпадают с характеристиками схемы листинга 4.42, в которой был использован оператор саве. При использовании оператора селективного присваивания следует помнить, что его семантика фиксирует последовательный порядок проверки условий, перечисленных в его ветвях, причем первое же выполнение условия прекращает проверку остальных.
При Синтезе это проявится как генерация реализации с включением приоритетной схемы объединения комбинационных схем, соответствующих каждой из ветвей. Приоритетная схема может увеличивать аппаратные затраты и задержки схемы. При оптимизации синтезирующие программы стараются распознать ситуации, когда все условия, указанные в ветвях оператора селективного присваивания, являются взаимоисключающими. Если зто удается обнаружить, приоритетная схема убирается, что мы и наблюдаем по результатам синтеза (фрагмент программы листинга 4.45). В других же случаях, замена саве на м4ть...везеое может быть не столь безобидна.
Работа с типами сигналов из стандартных пакетов и библиотек (на примере вЫ ! оя(с) Целый ряд перечислимых типов задается в стандартных библиотеках, широко применяемых при программировании на ЧНО) как для Моделирования, мг Глава 4 так и для Синтеза. Эти типы хорошо продуманы, отражают важные свойства моделируемых и синтезируемых схем.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
