Muestro una descripción de una memoria estática, asincrónica, con bus de datos bidireccional. Explico el circuito esquemático RTL que generó la herramienta Netlist Viewers del Quartus II. Analizo los warnings de la compilación.
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Puedes ver y descargar mis códigos fuente de: https://github.com/susanacanel/proyectos-vhdl.
Te muestro la descripción de una memoria estática, sincrónica, con bus de datos bidireccional, SRAM. Luego la instancio en otra descripción, diseñada para usar la plaqueta. Uso un “package” propio en la misma carpeta de trabajo. Allí está la SRAM como componente. Te explico todos los circuitos esquemáticos generados por el RTL Viewer de la herramienta Tool del Netlist Viewers del Quartus II. Finalmente te mostro el funcionamiento en la FPGA Cyclone II de la plaqueta DE1 de Altera.
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Descripción de una memoria RAM estática, SRAM, sincrónica, con entrada de datos separada de la salida de datos. Es recomendable que en las FPGA todos los diseños sean sincrónicos, por ese motivo decidí describir una SRAM sincrónica. Intel reconoce el diseño como perteneciente a una memoria y el Quartus incluye un bloque RAM sincrónico propio, dentro de mi diseño. Te muestro el RTL Viewer de Tools, Netlist Viewers del Quartus y lo analizo. Allí se observa el bloque incluido por el Quartus. Luego programo la plaqueta DE1 de Intel-Altera y muestro el correcto funcionamiento.
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En este video describo un sumador serie basado en dos registros de desplazamiento, un sumador completo de 1 bit y un flip-flop tipo D, como muestro en un esquema. Explico cómo generar el flip-flop D y porqué es necesario incluirlo. Explico una solución para realizar la suma de 1 bit cuando los operandos contienen 1 solo bit de un std_logic_vector. Te muestro ejemplos de sumas realizadas de esta manera.
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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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En este video te explico el testbench para el contador genérico, sincrónico, binario, con señales de habilitación y reset sincrónicos y con salidas: estado y cuenta terminal, descripto en el video anterior. El simulador produce el warning: METAVALUE DETECTED. Analizo este warning y explico cómo evitarlo.
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El ModelSim da el siguiente warning cuando simula:
No obstante la decisión que tomó (FALSE) es correcta y vemos en la ventana de forma de ondas las salidas esperadas.
El warning es producido por la sentencia del renglón 39 de la descripción VHDL del contador, debido a que la señal auxQ no tiene un valor definido antes de que llegue el primer flanco creciente de la señal de reloj. El valor false que dio el simulador a la comparación: auxQ = M – 1, es correcto, por lo tanto tc_o tendrá un ‘0’ como valor inicial. Esto no es lo que sucede con el hardware, en el que ese valor no se puede conocer.
Hay una forma de evitar ese warning pero no es recomendable porque algunas FPGA sintetizarán hardware y otras no. Simplemente muestro cuál es pero no la voy a usar. Es mejor tener la información de este warning y estudiar a qué se debe y si para nuestro circuito es o no importante.
En el renglón 24, vemos la modificación, ahora la señal auxQ tiene un valor inicial. Para el simulador esta solución es óptima. No para todas las FPGA.
Cuando compilamos nuevamente con esta modificación y simulamos constatamos que el warning no aparece más en la ventana Transcript del ModelSim.
Vemos que en la ventana de forma de ondas ahora la salida q_o ya no tiene el símbolo ‘U’ de undefined, o sea, no inicializado. El resto está igual que en la anterior simulación.
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.
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.
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.
En este video te explico el testbench para el contador elemental del video anterior. Se trataba de un contador con solo señal de pulsos a contar y la salida del estado de la cuenta. Te explico los problemas que se generan al no partir de un estado inicial conocido. Te muestro el testbench interactuando con la descripción. También analizo qué sucede en el hardware cuando no hay un estado inicial mirando el circuito generado por la herramienta “Technology Map Viewer” del Quartus II.
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Salida de la ventana “transcript” luego de la simulación en el ModelSim.
