Lección 12.V73. Testbench y simulación: registro PIPO, sincrónico con habilitación y salida tri-state.

En este video te muestro el testbench para un registro sincrónico PIPO (parallel input parallel output), de 4 bits, con reset sincrónico, habilitación del registro (ce, chip-enable) y habilitación del buffer de salida tri-state (oe, output enable). Luego vemos la simulación. El código del testbench lo puedes ver completo más abajo, ya que no lo expliqué totalmente en el video para no hacerlo demasiado largo. Te muestro cómo sincronizar la señal output enable que en el diseño aparece como asincrónica. Analizo todas las combinaciones de las señales de control de entrada.

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Ventana de forma de ondas correspondiente al testbench del registro explicado.

Lección 12.V70. Descripción de un registro PIPO genérico, sincrónico, con reset.

En este video te muestro la descripción VHDL de un registro PIPO (parallel input, parallel output), sincrónico, genérico. Es muy sencillo, consta de un único proceso explícito que se dispara con la señal de reloj. El reset es sincrónico. Luego de compilar, vemos los warnings. Te muestro también el circuito esquemático generado por “Technology Map Viewer” de “Tool” y lo analizo.

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Lección 11.V69.2. Análisis de un error de la simulación producido por el testbench del contador M.

En este video te muestro cómo falla la simulación en el ModelSim debido a un mal diseño del testbench del contador de módulo 10 que habíamos visto. El error es debido a la forma de generar los pulsos del reset (distinta a la que expliqué en el video anterior). El simulador del ModelSim se “cuelga” y no da ningún informe.

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Este es el código erróneo que no se puede usar en forma simultánea:

Cuando se corre la simulación la ventana Transcript se ve así:

No hay información alguna sobre el resto de la simulación a partir de 0 ps. La simulación no terminó, se “colgó”. No sale ni por verificación exitosa ni por interrupción por error.

Haciendo zoom al inicio de la simulación se puede ver qué sucedió con la señal de reset. La señal de habilitación nunca cambió de estado.

La ventana de forma de ondas antes de hacer el zoom, se veía así:

Lección 11.V69.1. Testbench y simulación del contador sincrónico, módulo M (decimal).

En este video te explico el testbench de un contador de módulo genérico, probado para módulo 10 (contador decimal). Genero un pulso de reset al principio para dar el valor inicial a las señales y otro pulso para resetear el contador cuando estaba funcionando normalmente. Pruebo la señal de habilitación activa e inactiva. Simulo para comprobar el correcto funcionamiento. Te explico el “warning” por “metavalue” que genera el ModelSim y porqué no es importante.

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Generación de los pulsos de reset:

Warning que aparece en la ventana Transcript del ModelSim cuando se ejecuta la simulación:

Lección 11.V68. Contador sincrónico, de módulo arbitrario, ejemplo contador decimal.

En este video te explico la descripción de un contador sincrónico, genérico, de módulo M, que no es potencia de 2. Consta de la señal de reset para darle un valor inicial y de la señal de habilitación. Detecta el valor valor máximo de la cuenta, M-1 para reinicializar la cuenta. Explico porqué se compara con el valor del módulo menos uno. Explico qué instrucción va a producir un warning, posteriormente en la simulación con el ModelSim y porqué se produce. Luego analizo el circuito esquemático Technology Map Viewer que genera el Quartus II. Una celda de lógica combinacional sintetizó el detector del 9 (el ejemplo usa una constante M=10, se trata de un contador decimal) usando una compuerta OR. La salida de esa compuerta se niega para generar el port de salida tc_o (cuenta terminal), y se usa para resetear en forma sincrónica los flip-flops, generándose así el valor inicial de la cuenta.

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Technology Map Viewer.

Lección 11.V67. Testbench del contador binario, sincrónico, bidireccional.

En este video explico el testbench del contador sincrónico, genérico, bidireccional. Y luego lo uso para simular. Genera la señal periódica del reloj, genera un pulso de reset. El reset le da un estado inicial a la cuenta. Modeliza el tiempo de establecimiento y tiempos de propagación. Genera secuencias ascendentes de conteo, luego descendentes. Habilita e inhabilita al contador.

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Lección 11.V66. Contador binario, sincrónico, genérico, bidireccional.

En este video comparo dos descripciones para un contador sincrónico, genérico, bidireccional. Te muestro el RTL Viewer en ambos casos para justificar la segunda descripción (ahorra recuersos de hardware). En esa descripción uso una señal auxiliar “dir” para lograr que el contador incremente el valor de la cuenta cuando la señal del port de entrada “up_i” esté en ‘1’ o que lo decremente cuando” up_i” esté en ‘0’. Uso una señal integer y el atributo “range”, explico porqué es conveniente definir un rango. También comento la diferencia entre usar señales o usar variables. Compilo y analizo el Technology Map Viewer. Muestro que la señal auxiliar “dir” no se sintetizó.

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Technology Map Viewer.

Te muestro el código “clásico” de un contador bidireccional, para que compares ambos diseños, fíjate cómo el primero es más claro, en él se evitó tener una gran cantidad de sentencias “if” anidadas que ensucian el código. Y, además, a continuación te muestro el esquemático RTL Viewer que generó el Quartus II para que lo compares con el anterior y compruebes cómo el primer diseño optimizó los recursos del hardware.

RTL Viewer.

Lección 11.V64. Contador binario, habilitación y reset sincrónicos, cuenta terminal y estado.

En este video te explico la descripción de un contador genérico, sincrónico, binario, de módulo potencia de 2, con salidas: cuenta terminal y estado (valor de la cuenta). Analizo una sentencia que en la simulación va a producir un “Warning: metavalue detected”. Analizo el circuito generado.

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Esquema circuital producido por Technology Map Viewer.

Detalle de las celdas lógicas combinacionales.

Lección 11.V63. Testbench y simulación del contador sincrónico, con reset sincrónico.

En este video te explico el testbench del contador sincrónico, genérico, binario, con módulo potencia de dos y con reset sincrónico. El reset sincrónico la da un estado inicial. Te muestro cómo se genera la señal de reset y qué ancho aproximado debería tener. Realizo la simulación y la explico.

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Lección 11.V62. Descripción de un contador binario sincrónico, genérico, con reset sincrónico.

En este video te explico la descripción VHDL de un contador binario, genérico, de módulo potencia de 2, con reset sincrónico, también llamado cíclico. Tiene la entrada de pulsos a contar (reloj) y la de reset y como salida el estado de la cuenta. Como uso una señal de tipo unsigned incluyo el package numeric_std. Uso la función rising_edge. Compilo y controlo los “warnings”. Luego recurro a la herramienta “Tool” del Quartus II y selecciono “Technology Map Viewer” para ver y analizar el circuito esquemático generado.

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Desplegando el contenido de las celdas combinacionales vemos la señal de reset que llega a todas para generar en forma sincrónica el estado inicial del contador.