TP2 : Modélisation Structurelle VHDL

Objectifs

Le but de cette seconde séance de TP est d'utiliser le langage VHDL pour décrire, puis simuler une description structurelle du composant addaccu, présenté dans le premier TP, en utilisant une bibliothèque de cellules pré-caractérisées (en anglais standard cells library).

Le but final est d'aboutir à une description structurelle du composant addacu qui soit un schéma en portes logiques, utilisant une bibliothèque de cellules pré-caractérisées. Ceci sera fait dans le TP3. Dans ce TP2, nous allons franchir une étape intermédiaire, en décomposant le circuit addaccu en trois sous-blocs fonctionnels : le bloc mux, le bloc adder, et le bloc accu.

Un deuxième objectif de ce TP2 est d'introduire le langage de description de stimuli genpat.

A) Génération procédurale des stimuli

Dans le TP1, vous avez écrit "a la main" le fichier stimuli.pat décrivant les valeurs à appliquer sur les entrées du circuit. Cette méthode est assez fastidieuse, et elle est source d'erreurs. Pour faciliter la description des scénarios de simulation, vous pouvez utiliser le langage genpat, qui est un ensemble de fonctions écrites en langage C, et qui apporte au concepteur de circuit toute la puissance d'expression du langage C (boucles, expression conditionnelles, etc.) pour décrire les scénarios de simulation.

On rappelle que vous pouvez obtenir des informations détaillées sur n'importe quel outil de la chaîne de CAO ALLIANCE en tapant (par exemple) la commande :

>man genpat

>man AFFECT

Les noms des fonctions genpat sont en majuscules. La fonction la plus importante du langage genpat est la fonction AFFECT() qui permet d'assigner une nouvelle valeur à un signal particulier X à une certaine date T. Cette fonction permet donc de spécifier des événements. Chaque fonction du langage genpat possède son propre man :

>man AFFECT

Il faut donc écrire un fichier new_stimuli.c respectant la syntaxe du langage C, et c'est l'exécution de ce programme C qui générera le fichier new_stimuli.pat utilisable par asimut. On utilise pour la commande suivante pour générer le fichier new_stimuli.pat :

>genpat new_stimuli

Voici deux suggestions utiles pour écrire le fichier new_stimuli.c :

• Ecrire une fonction C indépendante pour le signal d'horloge, qui est très régulier (on conservera une période de 10 ns, avec un rapport cyclique de 50%).
• faites en sorte que la valeur stockée dans l'accumulateur possède une valeur bien définie, en sélectionnant l'entrée a du multiplexeur (au moyen de la commande sel) dans les tous premiers cycles.

Vérifiez que le fichier 'new_'stimuli.pat généré correspond à ce que vous attendez en utilisant l'outil xpat.

>xpat new_stimuli

Vous pouvez vérifier votre scénario en simulant son exécutionc sur le modèle comportemental du composant addaccu provenant du TP1 :

>asimut -b -zd addacu new_stimuli new_result

L'option -zd signifie que vous souhaitez que asimut effectue une simulation zéro-délay : même si la description comportementale contient des constructions AFTER, celles-ci ne seront pas prises en compte.

B) Description structurelle au niveau blocs

On va maintenant décrire le composant addaccu comme l'instanciation de trois blocs fonctionnels : le bloc mux, le bloc adder, et le bloc accu.

• Le bloc adder est un additionneur 4 bits (2 mots de 4 bits en entrée, un mot de 4 bits en sortie).
• Le bloc mux est un multiplexeur 4 bits qui sélectionne un mot de 4 bits parmi 2.
• Le bloc accu est un registre 4 bits constitué de ' bascules à échantillonnage sur front montant de CK.

Puisqu'il s'agit d'une description structurelle, le fichier VHDL comportera l'extension .vst (Vhdl STructurel)

Il faut donc utiliser la construction VHDL qui permet d'instancier un bloc.

C) Modélisation Comportementale des blocs

Pour chacun des trois blocs, il faut maintenant écrire un modèle VHDL comportemental. Il y a donc trois fichiers à écrire : adder.vbe, mux.vbe, et accu.vbe.

On pourra évidemment s'inspirer du style d'écriture VHDL utilisé dans le fichier addaccu.vbe.

D) Simulation logique

Compte-rendu