Anleitung SDDesigner. MICROSWISS-Zentrum Rapperswil

Transkript

1 Hochschule HSR Oberseestrasse 10 CH-8640 Tel Fax März 1999 Anleitung SDDesigner

2 1. Einführung Der SDDesigner ist ein grafisches Eingabewerkzeug für Übergangsdiagramme. Die Diagramme können automatisch in VHDL-, Verilog- oder DSL-Kode umgesetzt werden. Dieser Kode ist synthetisierbar sofern bei der Designeingabe einige Punkte beachtet wurden. Der Sinn dieser Anleitung liegt darin, dem Anwender eine kleine, kochbuchmässige Hilfestellung zu geben, damit dieser schnell und erfolgreich zum Ziel gelangt. Dies wird erreicht indem speziell auf die für die Synthese zu beachtenden Punkte eingegangen wird. Es wird vorausgesetzt, dass dem Anwender Standardabläufe in Windowsprogrammen wie speichern, drucken etc. bekannt sind. 2. Arbeitsbeispiel Als Arbeitsbeispiel dient uns eine Lichtsignalsteuerung. Es wurde für die Generierung von VHDL ausgelegt. Der einzige Unterschied gegenüber einer Verilog- resp. DSL-Lösung besteht darin, dass bei der Eingabe von Aktionen (Bereich Action) und Bedingungen (Bereich Condition) VHDL und nicht Verilog- resp. DSL-Syntax verwendet wird. en clk nrst traffic_light red_out yellow_out green_out 5 value Bild 1 Blockschaltbild traffic_light Die Steuerung erfüllt die folgenden Spezifikationen: Sie besitzt die drei Zustände red, green und yellow. Im jeweiligen Zustand wird mit den Signalen red_out, green_out und yellow_out die entsprechende Lampe angesteuert. Nach dem Einschalten soll sie sich im Zustand red befinden. Aus diesem muss sie in den Zustand green wechseln. Dies darf allerdings erst nach 26 Taktzyklen geschehen, und dann auch nur, wenn während dieser Zeit der Eingang en dauernd den Wert TRUE aufwies. Sobald der Eingang en den Wert FALSE aufweist, muss die Steuerung im Zustand red verweilen und die Wartezeit muss bei einem erneuten Wechsel von en auf TRUE wieder von vorne beginnen. Im Zustand green muss sie für 16 Taktzyklen verweilen und anschliessend in den Zustand yellow wechseln. In diesem bleibt sie für drei Taktzyklen bevor sie wieder in den Ausgangszustand red wechselt. Am Ausgang cntr_val soll angezeigt werden, wieviele Taktzyklen es noch dauert, bis der Zustand gewechselt wird. Anleitung SDDesigner Seite 1

3 3. Starten des Tools Der SDDesigner kann über den START-Button in der Windows-Taskleiste gestartet werden. Es erscheint dann das folgende Fenster mit einem neuen Diagramm. Bild 2 Der SDDesigner nach dem Aufstarten Alle Befehle können über die Menüstruktur ausgeführt werden. Für ein schnelleres Arbeiten steht aber auch eine Werkzeugleiste zur Verfügung. Bild 3 Werkzeugleiste Dabei kommen den einzelnen Tasten (Nummerierung von links nach rechts) folgende Funktionen zu: 1. Neues Diagramm 2. Diagramm öffnen 3. Diagramm speichern 4. Diagramm drucken 5. Diagrammeigenschaften öffnen 6. Select 7. State 8. Transition 9. Zoomfaktor -10% 10.Zoomfaktor +10% 11.Onlinehilfe Anleitung SDDesigner Seite 2

4 Zwischen den drei Zeichnungsmodi (Select, State, Transition) kann auch durch anklicken des Zeichnungsfeldes mit der rechten Maustaste umgeschaltet werden. Der aktuell eingestellte Modus ist anhand der gedrückten Taste in der Werkzeugleiste erkennbar. Hinweis: Starten Sie nun den SDDesigner. Vergessen Sie nicht, Ihre Arbeit zwischendurch zu speichern. 4. Eingeben der Diagrammeigenschaften Unter dem Begriff Diagrammeigenschaften (Diagram Properties) werden im Diagramm verwendete Variablen (Eingänge, Ausgänge usw.) und Konstanten definiert. Um in diesen Bereich zu gelangen klicken Sie das Menü Mode -> Properties an. Es wird eine Tafel gestartet in der Sie den jeweiligen Teil bearbeiten, d.h. hinzufügen, ändern oder löschen können. Zum hinzufügen einer Variablen oder Konstanten wählen Sie das entsprechende Feld und klikken dort auf Add XX. Es erscheint ein Eingabedialog in dem Sie die entsprechenden Eintragungen vornehmen können. Um eine Variable oder Konstante zu ändern müssen Sie sie mit der linken Maustaste (Doppelklick) auswählen. Es erscheint ein Dialogfeld in dem Sie die entsprechenden Änderungen vornehmen können. Um eine Variable oder Konstante zu löschen müssen Sie sie mit der linken Maustaste selektieren und anschliessend das Feld Remove XX anklicken Eingangssignale Im Tabellenfeld Inputs müssen Sie die Eingangssignale definieren. Dazu gehört der Signalname und die Bitbreite sofern sie grösser als 1 ist. Die Bitbreite kann eine Zahl oder eine im Tabellenfeld Constants definierte Konstante sein. Die globalen Signale für den Systemtakt und den asynchronen Reset dürfen Sie nicht an dieser Stelle eingeben. Diese werden im Tabellenfeld Global Signals definiert. Bild 4 Tabellenfeld Inputs Anleitung SDDesigner Seite 3

5 Geben Sie nun das Eingangssignal des Arbeitsbeispiels ein Ausgangssignale Im Tabellenfeld Outputs müssen Sie die Ausgangssignale definieren. Dazu gehört der Signalname, die Bitbreite sofern sie grösser als 1 ist, und der Vorgabewert. Die Bitbreite kann eine Zahl oder eine im Tabellenfeld Constants definierte Konstante sein. Der Vorgabewert ist derjenige Wert, den der Ausgang in einem Zustand einnimmt falls in der Zustandsaktion nichts explizit definiert wurde. Der Vorgabewert muss immer definiert sein da sonst vom Syntheseprogramm unerwünschte Speicherelemente (D-Latches) eingefügt werden. Bild 5 Tabellenfeld Outputs Die drei Ausgänge für die Lampen sollen den Wert 0 ausgeben falls in der entsprechenden Zustandsaktion nichts definiert wird. Für das Abarbeiten der Verweilzeiten in den Zuständen wird ein interner Zähler mit dem Namen cntr verwendet. Dieser wird im Tabellenfeld Registers definiert. Die Bitbreite des Zählers ist CSIZE. Der Wert dieser Konstante wird im Tabellenfeld Constants definiert. Geben Sie nun die Ausgangssignale des Arbeitsbeispiels ein Interne Register Im Tabellenfeld Register müssen Sie die internen Register definieren. Dazu gehört der Registername, die Bitbreite sofern sie grösser als 1 ist, und der Resetwert. Die Bitbreite kann eine natürliche Zahl oder eine im Tabellenfeld Constants definierte Konstante sein. Der Resetwert ist derjenige Wert, den das Register bei aktivierung des asynchronen Resets (siehe Tabellenfeld Global Signals) erhält. Anleitung SDDesigner Seite 4

6 Bild 6 Tabellenfeld Registers Der Zähler muss mit dem asynchronen Reset den Wert 25 (Binär "11001") erhalten, damit garantiert ist, dass es beim Einschalten mindestens 26 Taktzyklen dauert, bis die Ampel von Rot auf Grün wechseln kann. Geben Sie nun die Zählervariable des Arbeitsbeispiels ein Konstanten Im Tabellenfeld Constants müssen Sie die Konstanten definieren. Dazu gehört der Konstantenname, die Bitbreite sofern sie grösser als 1 ist, und der Konstantenwert. Die Bitbreite des Konstanteninhalts muss eine Zahl sein. Sie wird bei Verilog-Beschreibungen von einigen Compilern zu Kontrollzwecken verwendet. Ihr Deklaration ist fakultativ. Bild 7 Tabellenfeld Constants Geben Sie nun die Konstante des Arbeitsbeispiels ein Fehlerbehandlung von Registern Im Betrieb kann einer Speicherstelle durch äussere Einflüsse (z.b. EMV-Probleme) ein falscher Wert aufgezwungen werden. Geschieht dies innerhalb des Zustandsspeichers, so ist es möglich, dass das System in einen undefinierten Zustand gerät. Damit es aus diesem wieder an eine definierte Stelle kommt, muss das innerhalb des Übergangsdiagrammes definiert werden (Siehe Definieren der Zustandseigenschaften auf Seite 8.). Anleitung SDDesigner Seite 5

7 Ebenfalls definiert werden muss, was in einem solchen Fall mit den internen Registern geschehen soll. Dies geschieht im Tabellenfeld Error Actions. Bild 8 Tabellenfeld Error Actions Geben Sie nun die Fehlerbehandlung für das Arbeitsbeispiel ein Globale Signale Im Tabellenfeld Global Signals müssen das Taktsignal und das Signal für den asynchronen Reset definiert werden. Bild 9 Tabellenfeld Global Signals Die Signalnamen dazu können frei gewählt werden. Beim Takt kann eingestellt werden, ob das System auf die steigende oder fallende Flanke reagieren soll, beim Reset, ob er auf den high oder low Pegel reagieren soll. 5. Eingabe des Übergangsdiagramms Als nächstes muss nun das Übergangsdiagramm selbst eingegeben werden. Das Resultat sollte schlussendlich inetwa folgendermassen aussehen: Anleitung SDDesigner Seite 6

8 Bild 10 Übergangsdiagramm traffic_light Wir gehen dazu wiederum schrittweise vor Hinzufügen von Zuständen Um einen neuen Zustand hinzufügen zu können, müssen Sie sich im Modus State befinden. Wählen Sie dazu Mode->State im Menü an. Durch anklicken des Zeichnungsfeldes mit der linken Maustaste wird an dieser Stelle ein neuer Zustand hinzugefügt. Bild 11 Neuer Zustand Erweitern Sie nun das Diagramm auf drei Zustände Verschieben von Zuständen Um einen Zustand zu verschieben, müssen Sie sich im Modus Select befinden. Wählen Sie dazu Mode->Select im Menü an. Sie können nun den gewünschten Zustand mit der linken Maustaste anklicken und diesen bei gedrückter Taste beliebig verschieben Löschen eines Zustands Um einen Zustand zu löschen, müssen Sie sich im Modus Select befinden. Wählen Sie dazu Mode->Select im Menü an. Sie können nun den gewünschten Zustand mit der linken Maustaste anklicken und anschliessend mit der Delete-Taste löschen. Dabei werden auch alle zugehörigen Übergänge gelöscht. Anleitung SDDesigner Seite 7

9 5.4. Definieren der Zustandseigenschaften Um die Zustandseigenschaften zu definieren, müssen Sie sich im Modus Select befinden. Wählen Sie dazu Mode->Select im Menü an. Sie können nun den gewünschten Zustand mit einem Doppelklick der linken Maustaste auswählen. Daraufhin erscheint ein Dialogfeld in dem Sie die entsprechenden Definitionen vornehmen. Bild 12 Dialogbox zur Einstellung der Zustandseigenschaften Im Feld State Name können Sie den Namen des Zustands festlegen. Durch anwählen des Kontrollkastens Reset State legen Sie diesen Zustand als denjenigen fest, in dem das System nach einem asynchronen Reset steht. Ein einmal gesetzter Reset State kann nur durch setzen eines anderen aufgehoben werden. Im Betrieb kann einer Speicherstelle durch äussere Einflüsse (z.b. EMV-Probleme) ein falscher Wert aufgezwungen werden. Geschieht dies innerhalb des Zustandsspeichers, so ist es möglich, dass das System in einen undefinierten Zustand gerät. Damit es aus diesem wieder an eine definierte Stelle kommt, muss diese innerhalb des Übergangsdiagramms definiert werden. Durch anwählen des Kontrollkastens Error State legen Sie diesen Zustand als denjenigen fest, in den das System aus den undefinierten Zuständen wechselt. Die Definition eines solchen Error States ist nicht zwingend, d.h. er kann auch wieder abgewählt werden. Falls innerhalb dieses Zustands ein Ausgang einen anderen als den Vorgabewert aufweisen soll, so müssen Sie dies im Feld State Actions angeben. Sie können dem Ausgang einen konstanten Wert oder auch beliebig verknüpfte Eingangs- und Registersignale zuweisen. Definieren Sie jetzt alle Zustandseigenschaften Verschieben von State Actions Um eine State Action zu verschieben, müssen Sie sich im Modus Select befinden. Wählen Sie dazu Mode->Select im Menü an. Sie können nun die gewünschte State Action mit der linken Maustaste an der linken oberen Ecke anklicken und bei gedrückter Taste beliebig verschieben. Diese Verschiebung erfolgt relativ zum Zustand. Das heisst, wenn Sie den Zustand selbst verschieben, dann verschiebt sich die State Action mit. Anleitung SDDesigner Seite 8

10 5.6. Hinzufügen von Übergängen Um einen neuen Übergang hinzufügen zu können, müssen Sie sich im Modus Transition befinden. Wählen Sie dazu Mode->Transition im Menü an. Klicken Sie anschliessend mit der linken Maustaste in den Ausgangszustand und halten Sie die Maustaste gedrückt. Fahren Sie anschliessend in den Folgezustand und lassen Sie dort die Maustaste wieder los. Bild 13 Neuer Übergang Erweitern Sie das Diagramm mit allen Übergängen Umformen von Übergängen Um einen Übergang umzuformen müssen Sie sich im Modus Select befinden. Wählen Sie dazu Mode->Select im Menü an. Sie können nun den gewünschten Übergang mit der linken Maustaste durch anklicken selektieren. Daraufhin erscheinen zwei Kontrollpunkte..RQWUROOSXQNWH Bild 14 Umformen von Übergängen Sie können jetzt den gewünschten Kontrollpunkt mit der linken Maustaste anklicken und bei gedrückter Maustaste beliebig verschieben Löschen eines Übergangs Um einen Übergang zu löschen, müssen Sie sich im Modus Select befinden. Wählen Sie dazu Mode->Select im Menü an. Sie können nun den gewünschten Übergang mit der linken Maustaste anklicken und anschliessend mit der Delete-Taste löschen Definieren der Übergangseigenschaften Um die Übergangseigenschaften zu definieren, müssen Sie sich im Modus Select befinden. Wählen Sie dazu Mode->Select im Menü an. Sie können nun den gewünschten Übergang mit einem Doppelklick der linken Maustaste auswählen. Daraufhin erscheint ein Dialogfeld in dem Sie die entsprechenden Definitionen vornehmen. Anleitung SDDesigner Seite 9

11 Bild 15 Dialogbox zur Einstellung der Übergangseigenschaften Im Feld Transition Condition legen Sie die Bedingungen für den Übergang fest. Falls aus einem Zustand mehrere Übergänge weggehen, dann müssen Sie die Wertigkeit der Bedingung durch deren Priorität festlegen. Derjenige Übergang mit der Priorität 0 wird zuerst berücksichtigt. Falls während dieses Übergangs ein Register seinen Wert ändern soll, so müssen Sie dies im Feld Transition Actions angeben. Sie können dem Register einen konstanten Wert oder auch beliebig verknüpfte Eingangs- und Registersignale zuweisen. Definieren Sie alle Übergangseigenschaften Verschieben von Transition Actions Um eine Transition Action zu verschieben, müssen Sie sich im Modus Select befinden. Wählen Sie dazu Mode->Select im Menü an. Sie können nun die gewünschte Transition Action mit der linken Maustaste an der linken oberen Ecke anklicken und bei gedrückter Maustaste beliebig verschieben. Diese Verschiebung erfolgt relativ zum Ausgangszustand. Wenn Sie den Ausgangszustand selbst verschieben, dann verschiebt sich die Transition Action mit. 6. Kodegenerierung Zuguter letzt erfolgt noch die Kodegenerierung. Wählen Sie dazu Generate->VHDL (resp. Verilog HDL oder DSL) im Menü an. Es erscheint daraufhin eine Dialogbox in der Sie noch die Zustandskodierung festlegen können. Bild 16 Festlegen der Zustandskodierung Wählen Sie die gewünschte Kodierungsart aus und klicken Sie anschliessend auf die Taste OK. Der HDL-Kode wird in Ihr Arbeitsverzeichnis geschrieben. Anleitung SDDesigner Seite 10

12 Bild 17 Generierter HDL-Kode Die Funktionalität des generierten Kodes können Sie mit jedem handelsüblichen Simulator überprüfen. Mit einem Syntheseprogramm kann der Kode in eine Netzliste umgesetzt werden. Und nun viel Spass beim arbeiten mit dem SDDesigner. Anleitung SDDesigner Seite 11