Язык описания аппаратуры AHDL

Язык описания аппаратуры AHDL

1. Язык описания аппаратуры AHDL

Язык описания аппаратуры AHDL разработан фирмой Altera и предназначен для описания комбинационных и последовательностных логических устройств, групповых операций, цифровых автоматов (state machine) и таблиц истинности с учетом архитектурных особенностей ПЛИС фирмы Altera. Он полностью интегрируется с системой автоматизированного проектирования ПЛИС MAX+PLUS II. Файлы описания аппаратуры, написанные на языке AHDL, имеют расширение *.TDF (Text design file). Для создания TDF-файла можно использовать как текстовый редактор системы MAX+PLUS II, так и любой другой. Проект, выполненный в виде TDF-файла, компилируется, отлаживается и используется для формирования файла программирования или загрузки ПЛИС фирмы Altera.

Система MAX+PLUS II позволяет автоматически создать символ компонента, алгоритм функционирования которого описывается TDF-файлом, и затем вставить его в файл схемного описания (GDF-файл). Подобным же образом можно вводить собственные функции разработчика помимо порядка 300 макрофункций, разработанных фирмой Altera, в любой TDF-файл. Для всех функций, включенных в макробиблиотеку системы MAX+PLUS II, фирма Altera поставляет файлы с расширением *.inc, которые используются в операторе включения INCLUDE.

Разработчик может пользоваться командами текстового редактора или операторами языка AHDL для того, чтобы сделать назначения ресурсов и устройств. Кроме того, разработчик может проверить синтаксис или выполнить полную компиляцию для отладки и запуска проекта. Любые ошибки автоматически обнаруживаются обработчиком сообщений и высвечиваются в окне текстового редактора.

Особенности языка AHDL.

·              Язык AHDL не различает прописные и строчные буквы. Однако, рекомендуется для улучшения читаемости ключевых слов использовать прописные буквы;

·              Строка в TDF-файле может быть длиной до 255 символов. Однако следует стремиться к длине строки, умещающейся на экране. Строки заканчиваются нажатием клавиши Enter;

·              Новую строку можно начинать в любом свободном месте, т.е. на местах пустых строк, табуляций, пробелов.

·              Основные конструкции языка отделяются пустым пространством;

·              Ключевые слова, имена и числа должны разделяться соответствующими символами или операторами и / или одним или более пробелами;

·              Комментарии должны быть заключены в символы процента (%). Комментарии не могут быть вложенными.

Числа и константы

Числа используются для представления констант в булевых выражениях и уравнениях. Язык AHDL поддерживает все комбинации десятичных, двоичных, восьмеричных и шестнадцатеричных чисел. Десятичные, двоичные, восьмиричные и шестнадцатиричные числа можно использовать в любой комбинации. Синтаксис записи чисел в языке AHDL для каждой из указанных систем счисления следующий:

• десятичная - содержит последовательность цифр 0 - 9;

• двоичная - содержит последовательность из цифр 0, 1 и символа Х (данный символ отражает безразличное состояние), размещенных в кавычках («»), следующих за буквой B;

• восьмеричная - содержит последовательность цифр от 0 до 7, размещенных в кавычках, следующих за буквой O или Q;

• шестнадцатиричная - содержит последовательность цифр от 0 до 9 и букв от A до F, размещенных в кавычках, следующих за буквой H или X.

Примеры записи чисел: B «0110X1X10», Q «4671223», H «123AECF».

К числам в языке AHDL применяются следующие правила:

)        компилятор системы MAX+PLUS II всегда интерпретирует числа как группы двоичных цифр;

)        в булевых выражениях числа нельзя присваивать одиночным узлам (вершинам). Вместо этого нужно использовать константы VCC (соответствует уровню логической единицы) и GND (соответствует уровню логического нуля).

Константы удобно использовать как имена чисел. Преимущество использования констант состоит в том, что если одно и то же число задано через имя константы и используется в программе несколько раз, то его значение можно изменить во всех элементах программы, изменив указанное значение только один раз при объявлении константы.

Использование числа и константы проиллюстрируем примером программы, представляющей описание дешифратора адреса, генерирующего высокий уровень сигнала разрешения доступа к шине, если входной адрес равен шестнадцатиричному числу 370h.

CONSTANT IO_ADDRESS = H «0370»;decoder

([15..0]: INPUT;_enable: OUTPUT;: OUTPUT;

)_enable = (address [15..0] == H «0370»);= (a [15..0] == IO_ADDRESS);;

Преимущество использования констант особенно заметно, если одно и то же число используется в файле несколько раз. Тогда, если его нужно изменить, меняют его только один раз в объявлении константы.

Зарезервированные ключевые слова

Зарезервированные ключевые слова используются для следующих целей:

·              для обозначения начала, конца и переходов в объявлениях языка AHDL;

·              для обозначения предопределенных констант, т.е. GND и VCC.

Ключевые слова можно использовать как символические имена, только если они заключены в символы одинарных кавычках ('). Их можно также использовать в комментариях.

Для того чтобы получить контекстовую помощь по ключевому слову, убедитесь, что ваш файл сохранен с расширением .tdf, затем нажмите одновременно две кнопки Shift+F1 в окне текстового редактора Text Editor и щелкните кнопкой мыши Button 1 на ключевом слове.рекомендует все ключевые слова набирать прописными буквами.

Ниже приведены символы, имеющие определенное значение в языке AHDL. В этот перечень не включены символы, используемые в булевых выражениях и для операций сравнения.

Символы

2. Реализация иерархического проекта

В иерархической структуре проекта TDF-файлы, написанные на языке AHDL, можно использовать вместе с другими файлами проектов. На нижнем уровне проекта могут быть макрофункции, поставляемые фирмой Altera или разработанные пользователями.

Использование макрофункций системы Altera MAX+PLUS II

В системе MAX+PLUS II есть большая библиотека, в которую входят 74 стандартных макрофункций, реализующих шины с последовательным опросом, оптимизацию архитектуры и конкретные приложения. Библиотека представляет собой собрание блоков высокого уровня, используемых для создания проекта с иерархической логикой. Во время инсталляции системы эти макрофункции автоматически записываются в каталог \maxplus2\max2lib и его подкаталоги, создаваемые в процессе инсталляции.

В языке AHDL существуют два способа вызова (то есть вставки в качестве примера) макрофункции:

объявить переменную типа <macrofunction> в объявлении примеров INSTANCE в секции VARIABLE и использовать порты примера макрофункции в логической секции. В этом способе важное значение имеют имена портов;

использовать для макрофункции непосредственную ссылку в логической секции файла TDF. В этом способе важен порядок портов.

Входы и выходы макрофункций перечисляются в описании прототипов функций (FUNCTION PROTOTYPE). Прототипы функций можно записать в отдельный файл и указать его в своем файле с помощью директивы INCLUDE. Такие Include-файлы создаются автоматически для данного проекта с помощью команды Create Default Include File. Include-файл вставляется вместо вызывающей его директивы INCLUDE. Для всех макрофункций системы MAX+PLUS II Include-файлы должны находиться в каталоге \maxplus2\max2inc.

Ниже приведен файл macro1.tdf, который реализует четырех битовый счетчик, подсоединенный к дешифратору 4 бит -> 16 бит. Соответствующие макрофункции вызываются объявлениями примеров в секции VARIABLE

INCLUDE «4count»;

(: INPUT;[15..0]: OUTPUT;

): 4count;: 16dmux;.clk = clk;.dnup = GND;. (d, c, b, a) = counter. (qd, qc, qb, qa);[15..0] = decoder.q [15..0];

END;

В данном файле используются директивы INCLUDE для импортирования прототипов функций для двух макроофункций фирмы Altera: 4count и 16dmux. В секции VARIABLE объявляются две переменные: counter и decoder как примеры этих макрофункций. В логической секции определяются входные порты для обеих макрофункций в формате <имя переменной-примера>.<имя порта>. (Они ставятся в левой части булевых уравнений, а выходные порты - справа.) Порядок портов в прототипе функции не важен, так как имена портов в логической секции перечисляются явно.

Ниже приведен файл macro2.tdf, выполняющий те же функции, что и предыдущий, но макрофункции в нем вызываются непосредственной ссылкой.

INCLUDE «4count»;«16dmux»;macro2

(: INPUT;[15..0]: OUTPUT;

)[3..0]: NODE;

(q [3..0],) = 4count (clk, GND,);

%[15..0] = 16dmux (. (d, c, b, a)=q [3..0]);

% equivalent in-line ref. with positional port association%

% out [15..0] = 16dmux (q [3..0]);%;

Вызов макрофункций 4count и 16dmux осуществляется в логической секции непосредственной ссылкой (в правой части булевых уравнений).

Ниже приведены прототипы этих макрофункций, записанные в файлах 4count.inc 16dmux.inc:

FUNCTION 4count (clk, clrn, setn, ldn, cin, dnup, d, c, b, a)(qd, qc, qb, qa, cout);16dmux (d, c, b, a)

RETURNS (q [15..0]);

Соединение портов показано в логической секции файла macro2.tdf. Порядок портов важен, так как должно быть однозначное соответствие между портами, описанными в прототипе функции и при ее реализации в логической секции. В данном примере запятыми отделяются (но не перечисляются) порты, для которых не делается явного подключения.

Создание и применение пользовательских макрофункций

В файлах, написанных на AHDL можно легко создавать и использовать пользовательские макрофункции, выполняя следующие действия:

Создать логику для макрофункции в файле проекта.

Определить порты макрофункции в объявлении прототипа функции.

Прототип функции дает краткое описание функции: ее имя, а также входные, выходные и двунаправленные порты. Можно также использовать машинные порты для макрофункций, которые импортируют или экспортируют цифрового автомата.

Объявление прототипов функций может быть размещено в Include-файле, который вызывается в пользовательском файле. Используя команду Create Default Include File, можно автоматически создавать Include-файл с прототипом функции для любого файла проекта.

Вставить в файл пример макрофункции с помощью объявления примера в секции VARIABLE или с помощью непосредственной ссылки в тексте.

Использовать макрофункцию в файле.

Определение пользовательской макрофункции

Для использования макрофункции ее нужно либо включить в описание прототипа функции в TDF-файле, либо указать в директиве INCLUDE файла TDF имя Include-файла, содержащего прототип этой макрофункции. Как уже упоминалось выше, Include-файлы можно создавать автоматически.

3. Реализация с помощью оператора выбора

Рассмотрим использование оператора выбора (case statement) для реализации мультиплексора. Следует отметить что этот способ наиболее прост и наименее трудоемок.

Единственное отличие - выход out определен как регистр(register), это сделано для того, чтобы назначить его значения явно и не управлять им. Такое назначение сигнала называется процедурным назначением (procedural assignment). Данные типа «цепь (wire)» не могут быть назначены явно, они нуждаются в сигнале драйвере, такое назначение называется непрерывным назначением.

Always ϱ (inl or in2 or in3 or in4 or cntrl1 or cntrl2)

аппаратура язык истинность иерархический

Эта конструкция читается так же, как и пишется, т.е. значение вычисляется всегда при изменении хотя бы одного операнда - система постоянно их отслеживает. Несколько забегая вперед, следует отметить, что данная конструкция является синтезируемой во многих системах проектирования, в частности и в MAX+PLUS фирмы Altera. Список переменных называется списком чувствительности, поскольку данная конструкция чувствительная к их изменениям.

Синтаксис оператора выбора case в Verilog сходен с синтаксисом оператора выбора в языке С. Условием является конкатенация или объединение переменных cntrl1 и cntrl2 в двухразрядное число. Завершает оператор выбора endcase.

Реализация с использованием условного оператора

В принципе ничего нового мы уже не видим - ясно, что в нашем случае условный оператор проигрывает оператору case в наглядности представления (хотя для большинства систем проектирования синтезируемые реализации окажутся идентичными).