Diferență între revizuiri ale paginii „CID Aplicatii 4”

De la WikiLabs
Jump to navigationJump to search
Linia 1: Linia 1:
 
== Memoria ROM–Introducere ==  
 
== Memoria ROM–Introducere ==  
  
Memoria  ROM(Read-Only  Memory)este un circuit combinationalfolosit  pentru stocarea unor date ce pot fi accesate cu ajutorul unei intrari de adrese. Asa cum se intelege si din nume, memoria ROM, in general, nu poate fi modificata.  
+
Memoria  ROM(Read-Only  Memory) este un circuit combinational folosit pentru stocarea unor date ce pot fi accesate cu ajutorul unei intrari de adrese. Asa cum se intelege si din nume, memoria ROM, in general, nu poate fi modificata.  
  
Pentru a intelege termenul de memorie, putem face urmatorul  exercitiude  imaginatie: sa ne gandim  la un  dulap cu mai  multe  sertare. Continutul memoriei este reprezentat de continutul sertarelor, iar adresele sunt reprezentate de etichetele lipite pe aceste sertare, pentru a le identifica. Daca avem nevoie de continutul unui sertar, va trebui sa stim eticheta aferenta acestuia.
+
Pentru a intelege termenul de memorie, putem face urmatorul  exercitiu de imaginatie: sa ne gandim  la un  dulap cu mai  multe  sertare. Continutul memoriei este reprezentat de continutul sertarelor, iar adresele sunt reprezentate de etichetele lipite pe aceste sertare, pentru a le identifica. Daca avem nevoie de continutul unui sertar, va trebui sa stim eticheta aferenta acestuia.
  
  
Am intalnit memoria ROM in aplicatiile anterioare, atunci cand am vorbit despre structura unui FPGA. Am vazut atunci cafunctiile logice erau implementate pe FPGA prin intermediul unor LUT-uri (memorii  ROM), care stocau iesirile corespunzatoare unor  combinatii de intrari. Asadar, in cazul acela,   adreseleerau  reprezentate   de combinatii   ale   intrarilor,   iar   continutul   memoriei   era reprezentat de iesirile aferente acestor combinatii.  
+
Am intalnit memoria ROM in aplicatiile anterioare, atunci cand am vorbit despre structura unui FPGA. Am vazut atunci ca functiile logice erau implementate pe FPGA prin intermediul unor LUT-uri (memorii  ROM), care stocau iesirile corespunzatoare unor  combinatii de intrari. Asadar, in cazul acela, adresele erau reprezentate de combinatii ale intrarilor, iar continutul memoriei era reprezentat de iesirile aferente acestor combinatii.  
  
  
O memorie ROM are urmatorii parametrii: numerul de biti ai adresei, care este legat de numarul de locatii de memorie (cu n biti de adresa putem  forma 2𝑛combinatii  diferite, deci putem accesa maxim 2𝑛locatii  de memorie) si dimensiunea locatiei de memorie,  care ne spune cat de multa informatie poate stoca o locatie de memorie.
+
O memorie ROM are urmatorii parametri: numarul de biti ai adresei, care este legat de numarul de locatii de memorie (cu n biti de adresa putem  forma 2𝑛 combinatii diferite, deci putem accesa maxim 2𝑛 locatii de memorie) si dimensiunea locatiei de memorie,  care ne spune cat de multa informatie poate stoca o locatie de memorie.
  
  
Linia 17: Linia 17:
  
  
Aici, adresa are dimensiunea de 4 biti, asadar putem accesa cu aceasta 16 locatii diferite de memorie. Dimensiunea fiecarei locatii este de 8 biti, asadar fiecare locatie de memorie poate stoca numere de 8 biti. Spunem ca memoria ROM este o memorie 4x8.  Capacitatea acestei memorii este de 16 x 8 biti = 128 biti.
+
Aici, adresa are dimensiunea de 4 biti, asadar putem accesa cu aceasta 16 locatii diferite de memorie. Dimensiunea fiecarei locatii este de 8 biti, asadar fiecare locatie de memorie poate stoca numere de 8 biti. Spunem ca memoria ROM este o memorie 4x8.  Capacitatea acestei memorii este de 16 x 8 biti = 128 biti.
  
 
== Exemplul 1 ==
 
== Exemplul 1 ==
  
'''Scop''': Descrierea comportamentala a unui decodor, testarea acestuia prin simulare si sinteza pe FPGA.
+
'''Scop''': Descrierea comportamentala a unui decodor, testarea acestuia prin simulare si sinteza pe FPGA.
  
Decodorul este circuitul care, pentru o anumita valoare a intrarii, va genera laiesire un sir binar care contine 1 pe pozitia cu indicele egal cu valorea intrarii si 0 in rest. De exemplul, decodorul de mai jos pe 2 biti, va avea urmatoarea corespondentaintrare-iesire:
+
Decodorul este circuitul care, pentru o anumita valoare a intrarii, va genera la iesire un sir binar care contine 1 pe pozitia cu indicele egal cu valorea intrarii si 0 in rest. De exemplu, decodorul de mai jos pe 2 biti, va avea urmatoarea corespondenta intrare-iesire:
  
 
{| class="wikitable"
 
{| class="wikitable"
Linia 41: Linia 41:
  
  
Vom implementa acest circuit ca o memorie ROM.
+
Vom implementa acest circuit ca memorie ROM.
  
  
Linia 95: Linia 95:
  
 
'''Observatii:'''
 
'''Observatii:'''
* Circuitul Decoder va avea o intrare pe 2  biti, care va reprezenta adresa memoriei ROM si o iesire   pe   4   biti,   reprezentand   continuturile   memoriei   ROM   corespunzatoare   fiecarei combinatii de la intrare.
+
* Circuitul Decoder va avea o intrare pe 2  biti, care va reprezenta adresa memoriei ROM si o iesire pe 4 biti, reprezentand continuturile memoriei ROM corespunzatoare fiecarei combinatii de la intrare.
* Chiar daca in interiorul case se acopera toate cazurile posibile (toate combinatiile de 2 biti), este bine sa punem si un default,  ca  sa  evitam inserarea in locul circuitului combinational dorit (aici, memoria ROM) a unui latch.
+
* Chiar daca in interiorul instructiunii ''case'' se acopera toate cazurile posibile (toate combinatiile de 2 biti), este bine sa punem si un ''default'' pentru a evita inserarea in locul circuitului combinational dorit (aici, memoria ROM) a unui latch.
  
 
'''Implementarea pe FPGA:'''
 
'''Implementarea pe FPGA:'''
* Implementarea pe FPGA are ca tinta doar modulul in  sine (Decoder), modulul de test (Decoder_TB) fiind nesintetizabil.
+
* Implementarea pe FPGA are ca tinta doar modulul in  sine (Decoder), modulul de test (Decoder_TB) fiind nesintetizabil.
* Semnalele de intrare vor fi legate la dispozitive care comanda stari, iar iesirile la dispozitive care observa stari. Asadar, vom alege aici comutatoare pentru intrari (cate  un  comutator  pentru fiecare bital fiecarei intrari –2in total) si 4 LED-uri pentru iesiri.
+
* Semnalele de intrare vor fi legate la dispozitive care comanda stari, iar iesirile la dispozitive care observa stari. Asadar, vom alege aici comutatoare pentru intrari (cate  un  comutator  pentru fiecare bi tal fiecarei intrari –2 in total) si 4 LED-uri pentru iesiri.
  
 
{| class="wikitable"
 
{| class="wikitable"
Linia 148: Linia 148:
  
 
'''Observatii:'''  
 
'''Observatii:'''  
* Suma a doua numere pe n biti este un numar pe n+1 biti, cel de-al n+1 -ulea fiind bitul de carry.De aceea, aici suma a doua numere pe 2 biti va fi un numar pe 3 biti.
+
* Suma a doua numere pe n biti este un numar pe n+1 biti, cel de-al n+1 -ulea fiind bitul de carry. De aceea, aici suma a doua numere pe 2 biti va fi un numar pe 3 biti.
* Aici consideram un sumator simplu, pentru care carry este inglobat in suma (nu este explicit un port separat).
+
* Aici consideram un sumator simplu, pentru care carry este inglobat in suma (nu este explicit un port separat).
  
 
'''Implementarea Verilog a modululuiAfisaj7Seg'''
 
'''Implementarea Verilog a modululuiAfisaj7Seg'''
  
Inainte de a prezenta codul  Verilog, trebuie sa intelegem cum functioneaza afisajul cu 7 segmente.  Acest dispozitiv de afisare este format, asa cum sugereaza si numele, din 7 segmente ce pot fi controlate separat. Putem aprinde sau stinge fiecare segmentcontroland tensiunea aplicata pe acesta. Pentru acest afisaj, comanda este negativa: aplicand  0  logic pe un segment acesta se va aprinde, iar aplicand 1 logic, acesta se va stinge.
+
Inainte de a prezenta codul  Verilog, trebuie sa intelegem cum functioneaza afisajul cu 7 segmente.  Acest dispozitiv de afisare este format, asa cum sugereaza si numele, din 7 segmente ce pot fi controlate separat. Putem aprinde sau stinge fiecare segment controland tensiunea aplicata pe acesta. Pentru acest afisaj, comanda este negativa: aplicand  0  logic pe un segment acesta se va aprinde, iar aplicand 1 logic, acesta se va stinge.
 
Structura unui afisaj cu 7 segmente este prezentata in imaginea de mai jos:
 
Structura unui afisaj cu 7 segmente este prezentata in imaginea de mai jos:
  
 
[[Fișier:7LED display.PNG | 200px]]
 
[[Fișier:7LED display.PNG | 200px]]
  
Pentru a reprezenta, de exemplu, cele 16 numere hexa,segmentele  trebuie  aprinse  conform Anexei 1.
+
Pentru a reprezenta, de exemplu, cele 16 numere hexa, segmentele  trebuie  aprinse  conform Anexei 1.
  
In cazul circuitului nostru, vom vrea sa afisam numerele de la 0 la 6, deoarece suma maxima ce poate fi obtinuta este 6. Pentru aceasta, implementam o memorie ROM care va contine codurile de aprins-stins  pentru  fiecare  segment,  fiind  accesate  pe  baza  numarului  pe  care  dorim  sa  il afisam. Asadar,  intrarea  memoriei  ROM  (adresa)  va  fi  pe  3  biti  (3  bitisunt de  ajuns  pentru  a  reprezenta numerele  de  la  0  la 6),  iar  iesirea  va  fi  pe  7  biti,  cate  un  bit  de  stare  pentru  fiecare  segment. Vom considera, asadar, ca bitul 0 al iesirii se va lega la segmentul 0, bitul 1 la segmentul 1 si tot asa.
+
In cazul circuitului nostru, vom vrea sa afisam numerele de la 0 la 6, deoarece suma maxima ce poate fi obtinuta este 6. Pentru aceasta, implementam o memorie ROM care va contine codurile de aprins-stins  pentru  fiecare  segment,  fiind  accesate  pe  baza  numarului  pe  care  dorim  sa  il afisam. Asadar,  intrarea  memoriei  ROM  (adresa)  va  fi  pe  3  biti  (3  biti sunt de  ajuns  pentru  a  reprezenta numerele  de  la  0  la 6),  iar  iesirea  va  fi  pe  7  biti,  cate  un  bit  de  stare  pentru  fiecare  segment. Vom considera, asadar, ca bitul 0 al iesirii se va lega la segmentul 0, bitul 1 la segmentul 1 si tot asa.
  
De exemplu, daca la intrare  vom avea  0, memoria ROM va trebui sa dea la iesire sirul 1000000, stingand segmentul 6 si aprinzandu-le pe toate celelalte.Extinzand pentru toate numerele de la 0 la 7, obtinem:
+
De exemplu, daca la intrare  vom avea  0, memoria ROM va trebui sa dea la iesire sirul 1000000, stingand segmentul 6 si aprinzandu-le pe toate celelalte. Extinzand pentru toate numerele de la 0 la 7, obtinem:
  
 
{| class="wikitable"
 
{| class="wikitable"
Linia 270: Linia 270:
 
Implementarea  pe  FPGA  are  ca  tinta  doar  modulul  in  sine  (AddAndDisplay),  modulul  de  test (AddAndDisplay_TB) fiind nesintetizabil.
 
Implementarea  pe  FPGA  are  ca  tinta  doar  modulul  in  sine  (AddAndDisplay),  modulul  de  test (AddAndDisplay_TB) fiind nesintetizabil.
  
Conform  indicatiilor  din  Introducere,  semnalele  de  intrare  vor  fi  legate  la  dispozitive  care  comanda stari,  iar  iesirile  la  dispozitive  care  observa  stari.  Asadar,  vom  alege  aici  comutatoare  pentru  intrari (cate  un  comutator  pentru  fiecare  bit  al  fiecarei  intrari –4in total) si afisajul cu 7 segmente Digit 0 pentru iesire.
+
Conform  indicatiilor  din  Introducere,  semnalele  de  intrare  vor  fi  legate  la  dispozitive  care  comanda stari,  iar  iesirile  la  dispozitive  care  observa  stari.  Asadar,  vom  alege  aici  comutatoare  pentru  intrari (cate  un  comutator  pentru  fiecare  bit  al  fiecarei  intrari –4 in total) si afisajul cu 7 segmente Digit 0 pentru iesire.
  
 
{| class="wikitable"
 
{| class="wikitable"

Versiunea de la data 21 martie 2021 14:56

Memoria ROM–Introducere

Memoria ROM(Read-Only Memory) este un circuit combinational folosit pentru stocarea unor date ce pot fi accesate cu ajutorul unei intrari de adrese. Asa cum se intelege si din nume, memoria ROM, in general, nu poate fi modificata.

Pentru a intelege termenul de memorie, putem face urmatorul exercitiu de imaginatie: sa ne gandim la un dulap cu mai multe sertare. Continutul memoriei este reprezentat de continutul sertarelor, iar adresele sunt reprezentate de etichetele lipite pe aceste sertare, pentru a le identifica. Daca avem nevoie de continutul unui sertar, va trebui sa stim eticheta aferenta acestuia.


Am intalnit memoria ROM in aplicatiile anterioare, atunci cand am vorbit despre structura unui FPGA. Am vazut atunci ca functiile logice erau implementate pe FPGA prin intermediul unor LUT-uri (memorii ROM), care stocau iesirile corespunzatoare unor combinatii de intrari. Asadar, in cazul acela, adresele erau reprezentate de combinatii ale intrarilor, iar continutul memoriei era reprezentat de iesirile aferente acestor combinatii.


O memorie ROM are urmatorii parametri: numarul de biti ai adresei, care este legat de numarul de locatii de memorie (cu n biti de adresa putem forma 2𝑛 combinatii diferite, deci putem accesa maxim 2𝑛 locatii de memorie) si dimensiunea locatiei de memorie, care ne spune cat de multa informatie poate stoca o locatie de memorie.


Sa urmarim exemplul din figura urmatoare:

ROM memory.PNG


Aici, adresa are dimensiunea de 4 biti, asadar putem accesa cu aceasta 16 locatii diferite de memorie. Dimensiunea fiecarei locatii este de 8 biti, asadar fiecare locatie de memorie poate stoca numere de 8 biti. Spunem ca memoria ROM este o memorie 4x8. Capacitatea acestei memorii este de 16 x 8 biti = 128 biti.

Exemplul 1

Scop: Descrierea comportamentala a unui decodor, testarea acestuia prin simulare si sinteza pe FPGA.

Decodorul este circuitul care, pentru o anumita valoare a intrarii, va genera la iesire un sir binar care contine 1 pe pozitia cu indicele egal cu valorea intrarii si 0 in rest. De exemplu, decodorul de mai jos pe 2 biti, va avea urmatoarea corespondenta intrare-iesire:

in out
2'b00 4'b0001
2'b01 4'b0010
2'b10 4'b0100
2'b11 4'b1000

Decoder.PNG


Vom implementa acest circuit ca memorie ROM.


Implementarea Verilog a circuitului

module Decoder(
  input [1:0] in,
  output reg [3:0] out
  );

  always@(in) begin
    case(in)
      2'b00: out = 4'b0001;
      2'b01: out = 4'b0010;
      2'b10: out = 4'b0100;
      2'b11: out = 4'b1000;
      default: out = 4'b0000;
    endcase
  end

endmodule


Implementarea Verilog a modulului de test


`timescale 1ns/1ps

module Decoder_TB();
  reg [1:0] in_t;
  wire [3:0] out_t;
  
  integer idx;

  initial begin
    for(idx=0; idx<4; idx = idx + 1) begin
      in_t = idx;
      #1;
    end 
    #2 $stop();
  end

  Decoder DUT(
    .in(in_t),
    .out(out_t)
  );

endmodule


Observatii:

  • Circuitul Decoder va avea o intrare pe 2 biti, care va reprezenta adresa memoriei ROM si o iesire pe 4 biti, reprezentand continuturile memoriei ROM corespunzatoare fiecarei combinatii de la intrare.
  • Chiar daca in interiorul instructiunii case se acopera toate cazurile posibile (toate combinatiile de 2 biti), este bine sa punem si un default pentru a evita inserarea in locul circuitului combinational dorit (aici, memoria ROM) a unui latch.

Implementarea pe FPGA:

  • Implementarea pe FPGA are ca tinta doar modulul in sine (Decoder), modulul de test (Decoder_TB) fiind nesintetizabil.
  • Semnalele de intrare vor fi legate la dispozitive care comanda stari, iar iesirile la dispozitive care observa stari. Asadar, vom alege aici comutatoare pentru intrari (cate un comutator pentru fiecare bi tal fiecarei intrari –2 in total) si 4 LED-uri pentru iesiri.
Semnal Dispozitiv PIN
in[0] SW0 AB12
in[1] SW1 AC12
out[0] LEDR0 V16
out[1] LEDR1 W16
out[2] LEDR2 V17
out[3] LEDR3 V18


Fpga connections.PNG


Exemplul 2

Scop: Implementarea unui circuit de afisare a sumei dintre doua numere pe 2 biti, folosind afisajul cu 7 segmente

Add and display.PNG


Implementarea Verilog amodululuiAdder2b

module Adder2b(
  input [1:0] in0,
  input [1:0] in1,
  output reg [2:0] sum
  );

  always@(*) begin
    sum = in0 + in1;
  end 

endmodule

Observatii:

  • Suma a doua numere pe n biti este un numar pe n+1 biti, cel de-al n+1 -ulea fiind bitul de carry. De aceea, aici suma a doua numere pe 2 biti va fi un numar pe 3 biti.
  • Aici consideram un sumator simplu, pentru care carry este inglobat in suma (nu este explicit un port separat).

Implementarea Verilog a modululuiAfisaj7Seg

Inainte de a prezenta codul Verilog, trebuie sa intelegem cum functioneaza afisajul cu 7 segmente. Acest dispozitiv de afisare este format, asa cum sugereaza si numele, din 7 segmente ce pot fi controlate separat. Putem aprinde sau stinge fiecare segment controland tensiunea aplicata pe acesta. Pentru acest afisaj, comanda este negativa: aplicand 0 logic pe un segment acesta se va aprinde, iar aplicand 1 logic, acesta se va stinge. Structura unui afisaj cu 7 segmente este prezentata in imaginea de mai jos:

7LED display.PNG

Pentru a reprezenta, de exemplu, cele 16 numere hexa, segmentele trebuie aprinse conform Anexei 1.

In cazul circuitului nostru, vom vrea sa afisam numerele de la 0 la 6, deoarece suma maxima ce poate fi obtinuta este 6. Pentru aceasta, implementam o memorie ROM care va contine codurile de aprins-stins pentru fiecare segment, fiind accesate pe baza numarului pe care dorim sa il afisam. Asadar, intrarea memoriei ROM (adresa) va fi pe 3 biti (3 biti sunt de ajuns pentru a reprezenta numerele de la 0 la 6), iar iesirea va fi pe 7 biti, cate un bit de stare pentru fiecare segment. Vom considera, asadar, ca bitul 0 al iesirii se va lega la segmentul 0, bitul 1 la segmentul 1 si tot asa.

De exemplu, daca la intrare vom avea 0, memoria ROM va trebui sa dea la iesire sirul 1000000, stingand segmentul 6 si aprinzandu-le pe toate celelalte. Extinzand pentru toate numerele de la 0 la 7, obtinem:

Numar Sir de afisare
0 7'b100_0000
1 7'b111_1001
2 7'b010_0100
3 7'b011_0000
4 7'b001_1001
5 7'b001_0010
6 7'b000_0010


Implementarea Verilog a modululuiDisplay7Seg


module Display7Seg(
  input [2:0] in,
  output reg [6:0] out
  );

  always@(in) begin
    case(in)
      3'd0: out = 7'b1000000;
      3'd1: out = 7'b1111001;
      3'd2: out = 7'b0100100;
      3'd3: out = 7'b0110000;
      3'd4: out = 7'b0011001;
      3'd5: out = 7'b0010010;
      3'd6: out = 7'b0000010;
      default: out = 7'b0000110;
    endcase 
  end

endmodule


Implementarea Verilog a circuitului AddAndDisplay

module AddAndDisplay(
  input [1:0] in0,
  input [1:0] in1,
  output [6:0] displayCode
  );

  wire [2:0] sum;

  Adder2b ADD (
    .in0(in0),
    .in1(in1),
    .sum(sum)
  );

  Display7Seg DISPLAY(
    .in(sum),
    .out(displayCode)
  );

endmodule


Implementarea Verilog a modulului de test

module AddAndDisplay_TB();

  reg [1:0] in0_t, in1_t;
  wire [6:0] displayCode_t;

  integer idx, jdx;

  initial begin
    for(idx=0; idx<4; idx = idx + 1) begin
      for(jdx=0; jdx<4; jdx = jdx + 1) begin
        in0_t = idx;
        in1_t = jdx;
        #1;
      end 
    end
    #2 $stop();
  end

  AddAndDisplay DUT(
    .in0(in0_t),
    .in1(in1_t),
    .displayCode(displayCode_t)
  );  

endmodule

Implementarea pe FPGA:

Implementarea pe FPGA are ca tinta doar modulul in sine (AddAndDisplay), modulul de test (AddAndDisplay_TB) fiind nesintetizabil.

Conform indicatiilor din Introducere, semnalele de intrare vor fi legate la dispozitive care comanda stari, iar iesirile la dispozitive care observa stari. Asadar, vom alege aici comutatoare pentru intrari (cate un comutator pentru fiecare bit al fiecarei intrari –4 in total) si afisajul cu 7 segmente Digit 0 pentru iesire.

Semnal Dispozitiv PIN
in[0] SW0 AB12
in[1] SW1 AC12
in[2] SW2 AF9
in[3] SW3 AF10
out[0] HEX0[0] AE26
out[1] HEX0[1] AE27
out[2] HEX0[2] AE28
out[3] HEX0[3] AG27
out[4] HEX0[4] AF28
out[5] HEX0[5] AG28
out[6] HEX0[6] AH28

Add and display fpga conn.PNG

Anexa1

Anexa1.PNG