D i g i t a l l a b o r

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1 Hochschule Karlsruhe Technik und Wirtschaft Fakultät für Informatik und Wirtschaftsinformatik Prof. Dr. A. Ditzinger / Dipl.-Inform. (FH) O. Gniot Prof. Dr. N. Link / Dipl.-Ing. J. Krastel Arbeiten mit dem MACH-Demoboard D i g i t a l l a b o r Auf dem MACH-Demoboard, das in unserem Versuch verwendet wird, befindet sich ein Baustein der ispmach 4A5 CPLD Familie. Der Baustein heißt M4A5-64/32 hat 64 Macrozellen und 32 I/O-Pins (siehe Block Diagram Bild 11 und Connection Diagram Bild 12 im Anhang). Dieser Baustein ist über die JTAG-Schnittstelle elektrisch programmier- und löschbar. Durch Verwendung dieser Schnittstelle ist es möglich den Baustein umzuprogrammieren ohne ihn auszubauen (ISP In-System-Programming). Kurze Beschreibung des Demoboards In Bild 1 sehen Sie das Blockschaltbild des Demoboards mit mehreren Funktionsblöcken. - Multiplexer 1 zur Auswahl von 3 Oszillatorfrequenzen: 0,3Hz, 1Hz, 100Hz oder einem entprellten Taster (S11 rot) für Clockeingang CLK0/I0. Die Auswahl erfolgt mit den Schaltern S13 und S14. - Multiplexer 2 zur Auswahl von einer Oszillatorfrequenz von 100Hz oder einem entprellten Taster (S12 schwarz) für Clockeingang CLK1/I1. Die Auswahl erfolgt mit dem Schalter S Schalter (S1..S8) zur binären Eingabe, die an den I/O-Pins 2..9 des CPLD angeschlossen sind. - 2 Schalter (S9..S10) zur binären Eingabe, die an den I/O-Pins des CPLD angeschlossen sind. - JTAG Schnittstelle zum Programmieren des CPLD-Bausteins auf dem Demoboard über die parallele Schnittstelle des PC s. Bild 1: Blockschaltbild des Demoboards - Jeweils eine rote und grüne LED (D12..D13), die an den I/O-Pins des CPLD-Bausteins angeschlossen sind. P:\G\DTL\DTL_Versuche\Mach_Beschreibung\Mach_Beschreibung_04.sxw _ von 6 J.Krastel

2 - Jeweils eine rote, gelbe und grüne LED (D9..D11), die an den I/O-Pins des CPLD-Bausteins angeschlossen sind. - 8 rote LEDs (D1..D8) zur binären Ausgabe, die an den I/O-Pins des CPLD-Bausteins angeschlossen sind. - 4 * 7 - Segment-Anzeigen (0-FH) mit Dezimalpunkt. Durch die I/O-Pins wird das anzuzeigende Zeichen übergeben und durch die I/O- Pins wird die entsprechende 7-Segment- Anzeige ausgewählt. Bild 10 zeigt den Lageplan der Schalter und LE- D's auf dem Demoboard. Beispielprojekt: UND-Gatter mit 3 Eingängen Zum Kennenlernen des Demoboards werden anhand eines Beispiels die nötigen Arbeitsabläufe zur Programmierung des CPLD- Bausteins aufgezeigt. Als Beispiel dient ein UND-Gatter mit 3 Eingängen". Im VHDL-Modul sollten keine Pins zugewiesen werden, da die Zuweisung mit dem Constraint Editor im späteren Verlauf des Beispiels erfolgt. Legen Sie ein neues Projekt an. Projektname: UND3 (Dateityp: Project File (*.syn) Project Type VHDL ). Durch doppelklicken auf den Bauteilenamen können Sie das Bauteil der ispmach 4A5 Familie mit nachfolgenden Merkmalen auswählen (siehe Bild 2): - Family: ispmach 4A5 - Device: M4A5-64/32 - Speed grade: Package: 44PLCC Bild 2: Device Selector - Dialogbox Bild 3: ispdesignexpert Project Navigator mit Projekt UND3 Bild 4: Constraint Editor Erstellen Sie sich ein VHDL-Modul für ein UND-Gatter mit 3 Eingängen. Nach dem Anlegen des VHDL-Moduls UND3, sollte Ihr Projekt wie in Bild 3 abgebildet aussehen. Das Processes for Current Source: - Fenster wird um einige Eintragungen erweitert, unter anderem auch einem Eintrag des Constraint Editors, der zur einfachen Pinvergabe dient. P:\G\DTL\DTL_Versuche\Mach_Beschreibung\Mach_Beschreibung_04.sxw _ von 6 J.Krastel

3 Bauteile-Pins vergeben Doppelklicken auf Constraint Editor. Der Constraint Editor wird geöffnet (falls keine Fehler im compilierten Programm aufgetreten sind) (siehe Bild 4). Am leeren rechten Fenster erkennt man, dass noch keine Bauteile-Pins vergeben wurden. Zur Pinvergabe müssen Sie die Location Assignment" - Dialogbox mit nachfolgendem Befehl öffnen: Menüleiste: Pin Attribute /Location Assignment (siehe Bild 5). Im Fensterbereich Signals /List:" werden alle Signalnamen aufgelistet, die in der Schaltung vorkommen. Sie können im Fensterbereich Filter" auswählen ob nur Eingänge (Input), Ausgänge bzw. Bidirectionale Signale (Output/Bidi) oder Buried Nodes angezeigt werden sollen. Im Fensterbereich Assignment: /Pin:" werden alle nicht zugeordneten Anschlußpins des ausgewählten Bausteins angezeigt. Im Bild 5 im Fensterbereich: Signals /List: werden gerade alle Eingänge und Ausgänge angezeigt (Filter steht auf Input und Output/Bidi). Um dem Eingang a einen Pin zuzuweisen, klicken Sie auf a". Dem markierten a-signal können Sie jetzt im Fensterbereich Assignment /Pin: den I/O Pin 2 zuweisen. Klicken Sie auf den Add- Button. Der Signalname mit dem ausgewähltem Pin wird im unteren Teil der Dialogbox im Fensterbereich Existing Location Assignment List:" angezeigt. Weisen Sie den Eingängen b und c die I/O-Pins 3 und 4 und dem Ausgang y den I/O Pin 36 zu. Bild 5: Location Assignment - Dialogbox Bild 6: Location Assignment Fenster mit zugewiesenen Pins Jetzt müsste der Fensterbereich Signals /List" leer sein und im Fensterbereich Existing Location Bild 7: Constraint Editor mit zugewiesenen Pins Assignment List: die zugewiesenen Pins wie im Bild 6 dargestellt angezeigt werden. Nach P:\G\DTL\DTL_Versuche\Mach_Beschreibung\Mach_Beschreibung_04.sxw _ von 6 J.Krastel

4 dem Schließen der Location Assignment - Dialogbox befinden Sie sich wieder im Constraint Editor, der alle zugewiesenen Pins anzeigt (siehe Bild 7). Schließen Sie den Constraint Editor (speichern nicht vergessen) und compilieren Sie Ihre Schaltung (Doppelklicken auf JE- DEC File ). Programmieren des CPLD- Bausteins Zum Programmieren des CPLD- Bauteils ist die Programmiersoftware ispvm System LatticePRO Bild 8: LatticePro JTAG In-System-Configuration Software notwendig. Programmaufruf: Menüleiste: Tools /ispvm System". Es öffnet sich der LSC ispvm System - Fenster. Zur Auswahl des zu programmierenden Bauteils und des erstellten JEDEC Files aus unserem Projekt, wählen Sie in der Menüleiste: Edit /Add Device. Es öffnet sich das Device Information -Fenster. Füllen Sie es wie in Bild 9 dargestellt aus. Den Bauteile Namen können Sie aus einer Liste von Bauteilen auswählen (Button: Select). Device Family : MACH4A Device : im4a5-64/32 Package : 44-pin PLCC Für den Eintrag Data File" müssen Sie das JEDEC File aus Ihrem Projektverzeichnis eintragen. Das JEDEC File hat das Extension JED". In unserem Beispiel UND3.JED. Für Operation müssen Sie unbedingt P=Erase, Program & Verify" auswählen, damit ein vorher geladenes Programm gelöscht und das neue Programm übernommen wird. Quittieren Sie mit OK. Schließen Sie die JTAG Schnittstelle des Demoboard über das vorhandenes Kabel an die parallele Schnittstelle des PC's an. Schließen Sie das Demoboard an eine Spannungsquelle von 9V bis 12V an. Zum Programmieren des CPLD-Bausteins auf dem Demoboard wählen Sie in der Menüleiste: Project /Download. Im Fenster Status" wird das Fortschreiten des Programmiervorgangs mitprotokolliert. Nach maximal 10s sollte der Vorgang abgeschlossen sein. Speichern Sie Ihre Einstellungen ab. Beenden Sie die ispvm System-Software. Testen Sie Ihr Programm. Bild 9: JTAG Part Properties P:\G\DTL\DTL_Versuche\Mach_Beschreibung\Mach_Beschreibung_04.sxw _ von 6 J.Krastel

5 Anhang Bild 10: Lageplan der Schalter und LED's auf dem Demoboard Bild 11: Block Diagram - M4A5-64/32 P:\G\DTL\DTL_Versuche\Mach_Beschreibung\Mach_Beschreibung_04.sxw _ von 6 J.Krastel

6 Bild 12: Connection Diagram: M4A5-64/32 P:\G\DTL\DTL_Versuche\Mach_Beschreibung\Mach_Beschreibung_04.sxw _ von 6 J.Krastel