可编程ASIC设计及应用[电子科大]模块化硬件与进程模型.ppt

可编程ASIC 模块化硬件与进程模型 目的 第三部分(模块化硬件与进程模型)与第四部分(信号传输模型)均是讲述vhdl硬件描述语言的原理 这两部分的学习目的是为了让大家了解硬件描述语言的运行机制，了解硬件仿真的原理，有利于在以后的设计中使用多语言进行各种级别的建模； 对于打算从事EDA工具软件设计的学员也有一定的参考价值。 数字电路的信号跳变特点 数字电路的信号跳变特点 本节假设 为了问题分析的方便，本节暂时假设，输出的跳变与输入的跳变之间无延迟，跳变无过渡。 用软件方法来仿真硬件行为 用软件方法来仿真硬件行为 用软件方法来仿真硬件行为 时间方案(调用方案)1 时间方案(调用方案)2 ASIC仿真时间方案 基本上是采用第二种方案。 以下的仿真讨论均使用第二种方案。 波形记录举例 仿真算法流程 考虑复杂的情况：多元件(多模块) 进程调度(方案1) 进程调度(方案2) VHDL中process的定义 ModuleName：Process( 敏感信号列表 ) Begin -- 进程描述语句。 End process; Process例子 假设U2为非门，则例子程序如下： U2: process( c ) Begin if( c = ‘1’ ) then f = ‘0’; else f = ‘1’; end if; End process; VHDL的进程调度 VHDL的进程调度 VHDL的进程调度 VHDL的进程调度 联想：SARS隔离检测 VHDL进程调度算法 1.如果仿真事件(有信号发生变化)有哪些信誉好的足球投注网站完，则结束仿真；否则，跳到下一个信号事件点，此时进入一个新的仿真周期； 2.找出所有对发生变化的信号敏感的进程，进入一个新的子仿真周期，依次对这些进程调度一次； 3.如果进程调度后出现新的事件，则回到第2步；否则回到第1步。 VHDL仿真思想 子仿真周期的时间就是一个Delta延时，而Delta延时为0延时。 显然，一个仿真周期可以包含多个子仿真周期，也就是包含多个Delta延时。 Delta延时数目的增加，并不会推进仿真时钟。也即“微观时间增量不改变宏观时间”；只有仿真周期的增加才会推进仿真时钟。 硬件模块的运行之间是并行的关系；软件进程的调度之间是并发的关系。硬件的并行是通过软件的并发来仿真。 补充：并发与并行 并发： 补充：并发与并行 并行就是真正的同时，在任何时刻(瞬间)，多个进程都在同时地运行。 VHDL软件体系 进程结构体(即vhdl源代码)里已经描述了整个硬件的形态，所以它可以被综合器综合成硬件； 并不是所有描述方式的vhdl代码都可以被综合成硬件。太抽象的描述只适合做系统建模和仿真。 显然综合器是不会去关心敏感信号量的，因为它不存在进程调度的问题，而是直接根据进程体内的代码来形成硬件电路。 但是要注意，即使编写的是面向综合的代码，敏感信号量仍然需要补全。因为敏感信号的缺漏对于仿真器来说是一个错误，会导致仿真时应该被调度的进程没有得到调度。 而综合器形成的综合后仿真用的网表源文件，是保证不丢失敏感信号的。 如果设计者丢失了敏感信号，就会造成设计级别的代码和综合后的代码之间仿真结果不相符。 对于敏感信号 一个模块，并非所有的输入都必须作为敏感信号，只有引起硬件动作的信号才必须作为敏感信号。 对于敏感信号 将所有的输入信号放入进程的敏感信号表中，在逻辑上并没有什么错误，但是会引起进程调度频繁而导致仿真效率降低(cpu负担太重)。 事情结束了吗？ 事情结束了吗？ 尝试加上时钟变成时序电路 尝试加上时钟变成时序电路 尝试加上时钟变成时序电路 尝试加上时钟变成时序电路 问题 我们发现，调度顺序的不同，会导致截然不同的仿真结果； 以下是这个问题的另外一种形式的表述…… 元件合并 这是为什么？如何解决？ 作业(挑战免考题的基础) 以下是一个数字硬件系统的模块框图。 要求 1. 为输入输出信号定义一种波形记录文件格式，编写函数，能够根据文件自动画出信号波形； 2. 编写rising_edge函数： bool rising_edge(std_log