Digitaltechnik 1 Übungen. Kurzeinführung für MAX+plus II

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1 Inhaltsverzeichnis: Übungen Kurzeinführung für MAX+plus II Seite 1. Einführung in das Entwurfswerkzeug MAX+plus II 1 2. Busverdrahtung 3 3. Makrofunktionen 4 4. Parametrierbare Schaltungsblöcke 5 5. Hinweise zur kostenlosen Beschaffung und Installation von MAX+plus II 5 1. Einführung in das Entwurfswerkzeug MAX+plus II Diese Einführung soll Grundkenntnisse im Umgang mit der Designsoftware MAX+plus II vermitteln und Ihnen somit einen problemlosen Einstieg in das Entwurfssystem der Firma Altera ermöglichen. Eine detailliertere Dokumentation zu dieser Software finden sie auf der Internet-Seite des Herstellers. Unter steht Ihnen das MAX+plus II Getting started Manual als pdf-file zum Download zur Verfügung. Des weiteren stellt Ihnen die Firma Altera die Software MAX+plus II in Form einer Studentenversion kostenlos zum privaten Gebrauch bereit. Download Anleitung sowie Installationsbeschreibung finden Sie auf den Seiten acht und neun dieser Versuchsanleitung. Mehr Informationen unter: 1. Altera MAX+plus II starten über: Hinweise zur Verwendung von MAX+plus II Desktop-Symbol MAX+plus II oder <Installdir>\maxplus2\maxstart.exe Das Desktop-Symbol ist ein roter Schaltungs-Chip, z.b. MAX+plus II 9.4.lnk 2. Projekt definieren: File Project Name (ohne Endung eingeben!) Es ist empfehlenswert, für jedes Projekt ein neues (eigenes) Arbeitsverzeichnis anzulegen. 3. Grafik-Editor starten: MAX+plus II Graphic Editor Seite 1

2 4. Schaltung eingeben: Der Grafik-Editor erlaubt eine Schaltplaneingabe nach Schaltungselementen. Alle Symbole (Grundgatter, Input- und Output-Knoten und weitere Elemente) sind aus Bibliotheken (library) ladbar: Double-Click im Editorfenster <Installdir>\maxplus2\max2lib\prim Benennung der Anschlüsse durch Double-Click und Texteingabe oder durch Anschlüsse benennen Rechtsklick Edit Pin Name 5. Schaltung speichern: File Save as <Name> gespeicherte Datei ist vom Typ *.gdf Wichtig! Setzen Sie zur Weiterarbeit immer das Projekt auf die aktuell geöffnete Datei: File Project Set Project To Current File 6. Schaltkreisfamilie bzw. Schaltkreistyp/modell definieren: Assign Device Device Family (je nach Vorgabe weiter AUTO oder Modell) Werden Schaltkreistyp/modell nicht definiert, so trifft das Werkzeug eine geeignete Wahl innerhalb der Schaltkreisfamilie, vgl. Meldung bei Kompilation. 7. Schaltung kompilieren: MAX+plus II Compiler Start Legen Sie vor Start der Kompilation gegebenenfalls fest, ob die spätere Simulation physikalische Signalverzögerungen (timing) nachbilden soll, oder ob nur eine ideale Funktion (functional) der Schaltung gefragt sein soll. Wählen Sie entsprechend Compiler Processing Timing SNF Extractor Compiler Processing Functional SNF Extractor Stellen Sie sicher, dass Ihre Wahl im Menü ein Häkchen zeigt, d.h. zuerst die unerwünschte Wahl wegklicken, dann erwünschte Wahl anklicken. Siehe auch Eingangssignale definieren: MAX+plus II Waveform Editor Geöffnet wird dadurch eine Datei ohne Name (Untitled) und somit ohne Zuordnung zum laufenden Projekt. Die geöffnete Datei sollte deshalb unmittelbar unter dem vorgeschlagenen (Projekt-) Namen gespeichert werden: File Save As File End Time <individuelle Endzeit> Options Grid Size <individuelles Zeitraster> Seite 2

3 Achtung: Grid Size kann nicht größer als End Time gewählt werden. Alle im Design verfügbaren Nodes & Groups (Ein- und Ausgänge) auswählen und übernehmen. Node Enter Nodes from SNF List => Alternativ können auch gegebenenfalls die Knoten einzeln eingegeben werden: Node Insert Node Typus der Eingangssignale definieren. Die verschiedenen Einstellungsmöglichkeiten sind links unten in der Eingabemaske aufgeführt. Combinatorial steht dabei für Zustandssteuerung, Registered für (positive) Flankensteuerung. Schließen Sie diesen Schritt ab durch Drücken der OK-Taste. Sie kehren in das Waveform Editor-Fenster zurück. Spezifizieren Sie nun die Eingangssignale. Auf der linken Menüleiste lassen sich zuvor selektierte Knoten mit entsprechenden Signalwerten beaufschlagen. Klicken Sie dazu auf das jeweilige Eingangsknotensymbol im linken Fensterbereich. Dadurch wird dieser Eingang für den gesamten gewählten Zeitbereich (bis End Time) selektiert, die Trace erscheint schwarz. Mittels der linken Menü-Leiste können Sie nun zwischen den verschiedenen Eingabewerttypen wählen (0, 1, X, Z, usw.), einschließlich einer Taktgenerierung (Symbol mit kleinem rotem Kreis). Alternativ können Sie einzelne Zeitfenster der Trace spezifizieren, indem Sie den Cursor darüber ziehen. Der selektierte Bereich kann dann wieder mittels der linken Menü-Leiste mit entsprechenden Signalwerten beaufschlagt werden. Speichern Sie anschließend die Datei. File Save (angegebenen Projektnamen verwenden) 9. Die Arbeitsweise der erstellten Baugruppe wird durch die Simulation überprüft. MAX+plus II Simulator Start Simulations-Ausgabedatei ist vom Typ *.scf Open SCF Korrekte Funktion überprüfen. Verzögerungszeit mit Cursor ablesen 10.Optional: Timing Analyzer. Verzögerungszeit aus Delay Matrix ablesen. Hierzu muss zuvor (d.h. vor Kompilation) der Timing SNF Extractor aktiviert worden sein, siehe 9. Zur Verbesserung der Übersichtlichkeit komplexer Schaltungen ist es oft sinnvoll einzelne Schaltungsteile zu einem eigenen Symbol zusammenzufassen. Damit kann eine Schaltung in verschiedene Hierarchien strukturiert werden. Dies dient der besseren Übersichtlichkeit oder einer möglichen getrennten Weiterbenutzung von Schaltungsteilen in anderen Schaltungen (Design Reuse): File Create Default Symbol. Die somit erzeugte Datei ist vom Typ *.sym und wurde in Ihrem Arbeitsverzeichnis gespeichert. Sie steht Ihnen als Symbol anderweitig zur Verfügung, nicht aber in der gdf-schaltung, aus der das Symbol generiert wurde. Seite 3

4 2. Busverdrahtung Busse sind schaltungstechnisch eine Zusammenfassung von zusammengehörigen Signalen, z.b. Signale mit mehreren Bits. Beim digitalen Entwurf müssen diese in Form geordneter Listen von Leitungen definiert bzw. dokumentiert werden. Dies erfolgt im Graphic Editor direkt an den Leitungen durch Doppelklick. Grafische Darstellung: für Busse breite Linien, für einzelne Leitungen dünne Linien. Dies kann im Menü Options unter Line Style oder in der Menüleiste oben rechts spezifiziert werden. Busbezeichnung: X[Y..Z], d.h. z.b. A[3..0] für einen 4-bit-Bus (höchstwertiges Bit oder MSB immer zuerst), also A3 höchstwertiges Bit, A0 niedrigstwertiges Bit. Einzelleitungen aus dem Bus: dünne Linien, Bezeichnung der Leitung, z.b. A0. Zusammenfassung/Splittung von Bussen: breite Linien, eindeutige Bezeichnung aller Teilbusse, z.b. A[7..0] wird in A[3..0] und A[7..4] geteilt. Anschlüsse nach außen von Bussen: INPUT bzw. OUTPUT PIN_NAME Bezeichnung entsprechend Beispiel A[3..0] Beispiele für die Verwendung von Busverdrahtungen Im Waveform Editor erscheint bei der folgenden Schaltung Abb. 1 anstelle der einzelnen Ausgänge S0 S3 der Group Name S[3..0]. Durch Rechtsklick ist es möglich die Zahlendarstellung (Binär, HEX, Dezimal, Oktal) des Bus-, Ein- oder Ausgangssignals einzustellen. A[3..0] B[3..0] A3 B3 A2 B2 A1 B1 S3 S2 S1 A0 B0 S0 S[3..0] Abb. 1 Ein- und Ausgangsschaltung realisiert durch ein Bus System E1[3..0] GND A1[3] E1[3..0] WIRE E1[3..0] E1[3..1] A1[2..0] INPUT A1[3..0] OUTPUT A1[3..0] Seite 4

5 GND A2[0] E2[3..0] E2[3..0] WIRE A2[4..1] INPUT A2[4..0] OUTPUT A2[4..0] Abb. 2 Einfache Rechenschaltungen, realisiert durch Busverdrahtungen Das Symbol WIRE primitive dient der (Um-)Benennung eines Knotens oder eines Busses einschließlich einer einzelnen Leitung. Es besitzt keine logische Funktion. Unterschiedliche, also widersprüchliche Bezeichnungen ein und desselben Busses bzw. zwischen Bus und zugehörigem Ein- bzw. Ausgangs-Pin ohne Verwendung von WIRE sind nicht zulässig. Überprüfen Sie dies durch Eingabe und Simulation der beiden Schaltungen von Abb Machen Sie sich mit den in der ALTERA Makrofunktion-Bibliothek vorhandenen Funktionsblöcken vertraut, zum Beispiel Addierwerke und deren Funktionsweise: Help Search for help adder macrofunctions. Diese Makrofunktionen finden Sie unter Double-Click im Editorfenster Symbol Libraries Double-Click <Installdir>\maxplus2\max2lib\mf Double-Click (gewünschte Makrofunktion unter) Symbol Files. Wählen Sie ein 4-Bit Addierwerk und entwerfen Sie damit eine einfache Addierschaltung für zwei 4-Bit-breite Eingänge A und B. Realisieren Sie die Ein- und Ausgangsbeschaltung mit Hilfe eines geeignet dimensionierten Bus-Systems. Erstellen Sie davon ein entsprechendes Symbol. 4. Machen Sie sich mit den in der ALTERA Bibliothek vorhandenen parametrisierbaren Schaltfunktionen am Beispiel eines Addierwerks und dessen Funktionsweise vertraut: Help Search for help LPM oder lpm_add_sub. LPM steht für Library of parametrized module. Diese parametrisierbaren Module finden Sie unter Double-Click im Editorfenster <Installdir>\maxplus2\max2lib\mega_lpm. Wählen Sie den Modul lpm_add_sub. Öffnen Sie zuvor eine neue gdf-datei. Parametrisieren Sie den Modul für eine einfache Addierschaltung für zwei 4-Bit-breite Eingänge A und B. Realisieren Sie die Ein- und Ausgangsbeschaltung mit Hilfe eines geeignet dimensionierten Bus-Systems. Fügen Sie nun weiterhin die Symbole für den 4-Bit-Ripple-Carry-Adder von 4.1 und das Addierwerk aus 4.2 ein und verdrahten sie die Eingänge der drei Addierwerke identisch mit Hilfe des Bus-Systems. Die Ausgänge werden dagegen getrennt über drei geeignet dimensionierte Busse nach außen geführt werden. Kompilieren und simulieren Sie die Schaltung und vergleichen Sie die Resultate für die drei Addierwerke. Seite 5

6 5. Wie erhalte ich eine kostenlose Studierenden-Version von ALTERA MAX+plus II Student Edition? Gehen Sie ins Internet auf die Homepage von Altera oder direkt zum Download-Bereich für Studierende, siehe weiter unten: Wählen Sie unter Education & Events das Altera University Program um mehr über die Möglichkeiten für Studierende zu erfahren. Die Software MAX+PLUS II Software ist inzwischen etwas versteckt unter zum Download zu finden. Auf derselben Seite finden Sie auch Links mit weiteren Hinweisen. Um diese Software zu nutzen, benötigen Sie zwei Dinge: installation file (Installations-Datei) -- baseline10_2.exe license file (Lizenz-Datei)-- license.dat Die Installation und Lizenzierung erfordert die folgenden Schritte: (siehe: 1. Execute the baseline10_2.exe file. Double-click the file name in Windows Explorer (Windows 98/2000/XP) or Windows NT Explorer (Windows NT version 4.0). 2. The MAX+PLUS II software installation wizard will launch. In the Welcome page, click Next. 3. After reading the license agreement, click Yes. 4. After reading the message in the Information page, click Next. 5. Enter your name and company in the User Information page and click Next. 6. Choose the items you wish to install in the Select Components page. The BASELINE software, on-line help, and read.me files will be selected for installation by default. 7. The BASELINE software installs files into two directories: maxplus2 and max2work. The installation program specifies the c:\maxplus2 and c:\max2work directories by default. If you have a previous installation of MAX+PLUS II software, Altera recommends that you install the MAX+PLUS II BASELINE version 10.1 software into another directory. You can click on the Browse button to create or search for a directory (click OK to save your choice). Click Next when you are finished. 8. Specify a destination folder for the work directory by clicking Browse and then Next. 9. Select a program folder in which the installation program will add program icons. The default folder is MAX+PLUS II 10.2 Baseline. Click Next to begin installation. 10. When installation is complete, you will be back at your desktop. You can view the MAX+PLUS II 10.2 read.me file by selecting it from the MAX+PLUS II 10.2 Baseline menu in the Start menu. 11. Continue the installation by setting up your license file. When you finish setting up licensing, you will have successfully installed and licensed the MAX+PLUS II BASELINE version 10.2 software. Seite 6