Московський Державний Інженерно-

Фізичний Інститут

(Технічний Університет)

Кафедра «Комп'ютерні системи і технології»

Реферат на тему:

"Моделювання часу. Забезпечення паралельності в роботі пристроїв НД в системі VHDL"

2002 р
Зміст

Вступ 3
Відтворення об'єктів модельного часу (NOW) 4
Структура даних типу TIME 5
Засоби забезпечення паралельності в роботі Нд 6
Засоби поведінкового опису НД 7
Засоби потокового опису НД 8
Засоби структурного опису НД 8
Джерела 9
Введення
Зростаюча ступінь інтеграції ПЛІС, нові концепції проектування
(система на кристалі) накладають свій відбиток на способи описупроекту на ПЛІС.
Мови опису апаратури (Hardware Description Language), єформальної записом, яка може бути використана на всіх етапахрозробки цифрових електронних систем. Це можливо внаслідок того, щомову легко сприймається як машиною, так і людиною. Він можевикористовуватися на етапах проектування, верифікації, синтезу татестування апаратури так само, як і для передачі даних про проект,модифікації і супроводу.
Одним з найбільш універсальних мов опису апаратури є VHDL,перший стандарт якого був розроблений в 1983-1987 роках за спонсорстваМіноборони США. Цією мовою можливо як поведінкове, так і структурнийпотокове опис цифрових схем.
Мови опису апаратури (Hardware Description Language), служать дляформального опису дискретних пристроїв обчислювальної техніки і можутьбути використані на всіх етапах розробки цифрових електронних систем.
VHDL може використовуватися на етапах проектування, верифікації, синтезу татестування апаратури так само, як і для передачі даних про проект,модифікації і супроводу.
VHDL підтримує три різних стилі для опису апаратних архітектур.

. Перший з них - структурний опис (structural description), в якому архітектура представляється у вигляді ієрархії пов'язаних компонентів.

. Другий - потокове опис (data-flow description), в якому архітектура представляється у вигляді безлічі паралельних операцій мови, кожна з яких може управлятися логічними сигналами.

Потокове опис відповідає стилю описи, які використовуються в мовах реєстрових передач.

. І, нарешті, поведінкове опис (behavioral description), в якому логічні перетворення описуються послідовними програмними пропозиціями, які схожі на наявні в будь-якій сучасній мові програмування високого рівня. Всі три стилі можуть спільно використовуватися в одній VHDL програмі.

Структурне і потокове опис використовується для проектуванняцифрових схем, поведінкове - в основному для моделювання.

Якщо подивитися на мову VHDL очима програміста, то можна сказати,що він складається ніби з двох компонент - общеалгорітміческой і проблемно -орієнтованою.

Проблемно-орієнтована компонента мови VHDL дозволяє описуватицифрові системи у звичних розробнику поняттях і термінах. Сюди можнавіднести:
1. поняття модельного часу (NOW) і паралелізму;
2. дані типу TIME, що дозволяють вказувати час затримки у фізичниходиницях;
3. дані виду сигнал (signal), значення яких змінюється не миттєво,як у звичайних змінних, а з вказаною затримкою, а також спеціальніоперацій та функцій над ними;
4. кошти оголошення об'єктів (entity), їх архітектури (architecture) іконфігурацій (configuration).

Відтворення модельного часу (NOW)

Поведінка VHDL - об'єктів відтворюється на ЕОМ і доводиться враховуватиособливості відтворення паралельних процесів на однопроцесорній ЕОМ.
Особлива роль в синхронізації процесів відводиться механізму подієвоговідтворення модельного часу (NOW).

Виконання моделі складається з фази ініціалізації, за якою слідповторюване виконання операторів процесів. На початку кожного циклумодельне час стає рівним часу найближчого запланованогоподії. Якщо вона досягла граничного значення time'high, моделюваннязавершується, якщо ні, - процеси, в яких заплановані події,стають активними, планують нові події, після чого вони переходять впасивну фазу, і починається новий цикл.

Коли активні процеси виконуються, їх оператори виконуютьсяпослідовно, один за одним, планують нові події, поки кожен зпроцесів не потрапляє в свій оператор очікування wait і не стаєпасивним. Події, як уже зазначалося, пов'язані зі змінами значеньсигналів.

Коли процес виробляє нове (майбутнє) значення сигналу, втермінології VHDL це називається виробленням повідомлення (transation). Зсигналом може бути пов'язано безліч повідомлень. Це безліч називаєтьсядрайвером сигналу (driver).

Таким чином драйвер сигналу - безліч пар: майбутнє значення сигналуі час (безліч запланованих подій в сигналі).

У VHDL реалізується двостадійний механізм циклічного подієвоговідтворення модельного часу.

На першій стадії подієво нарощується модельне час, змінюютьсязначення всіх сигналів, події в яких заплановані на даний момент.

На другій стадії всі процеси, які виявляються чутливі до цихзмін, активізуються (запускаються) і виконуються до тих пір, поки непотрапляють в свої оператори очікування wait. Після чого цикл повторюється.

Наступний приклад ілюструє використання директиви NOW длявизначення часу виконання такту (закінчується рядком TACT: = NOW ;):

signal TACT: TIME;
EXECUTE: process

Begin

...

TACT: = NOW;

Wait for 10 ns;

TACT: = NOW-TACT; - визначення часу такту

... end

VHDL реалізує механізм відтворення модельного часу, що складається зциклів. На першій стадії циклу виробляються нові значення сигналів. Надругої стадії процеси реагують на зміни сигналів і переходять вактивну фазу. Ця стадія завершується, коли всі процеси перейдуть знову встан очікування. Після цього модельне час стає рівним часунайближчого запланованого події, і всі повторяться.

Особливий випадок становить ситуація, коли в процесах відсутніоператори затримки. Для цього в VHDL передбачений механізм так званоїнескінченно малою дельта-затримки. У разі дельта-затримок новий циклмоделювання не пов'язаний зі збільшенням модельного часу.

Інша особливість VHDL-процесів пов'язана з так званими дозволенимиresolved сигналами. Якщо кілька процесів змінюють один і той самий сигнал
(сигнал має кілька драйверів), в описі об'єктів може вказуватисяфункція дозволу. Ця функція об'єднує значення з різних драйверів івиробляє одне. Це дозволяє, наприклад, врахувати особливості роботикількох елементів на загальну шину.

Засоби VHDL для відображення поведінки описуваних систем базуютьсяна їх представленні як сукупності паралельних взаємодіючихпроцесів. Процеси можуть описуватися в різних формах. Одна з формвключає заголовок - слово process і послідовність операторів,відображають дії з переробки інформації. Всі оператори всерединіпроцесу виконуються послідовно. Процес може перебувати в одному здвох станів - або пасивному, коли процес чекає приходу сигналівзапуску або настання відповідного моменту часу, або активному --коли виповнюється.

Структура даних типу TIME
Фізичні типи дозволяють розробнику безпосередньо виразити величини вфізичних одиницях виміру. У VHDL використовується один фізичний тип --зумовлений фізичний тип TIME (час). Обьявление фізичного типузадає безліч одиниць, визначених у термінах деякої базової одиниці.
У випадку типу TIME базовою одиницею є fs (фемтосекунд), апохідними одиницями є ps, ns, us і так далі. Розглянемовизначення типу TIME. type TIME is range - (2 ** 31-1) to 2 ** 31-1 units fs; ps = 1000 fs; ns = 1000 ps; us = 1000 ns; ms = 1000 us; s = 1000 ms; min = 60 s; hr = 60 min; end units;

Діапазон типу TIME визначає діапазон базових одиниць, який можебути точно представлений об'єктами типу. Фізичні літерали, що використовуютьбудь-які з певних імен для фізичних одиниць, будуть автоматичноперетворюватися до фемтосекунд. Забезпечується абсолютна точність,коли значення одного фізичного типу складаються і віднімаються чи колизначення фізичного типу множиться на ціле. Допускається також розподіл націле, але в цьому випадку може виконуватися округлення результату.

Засоби забезпечення паралельності в роботі НД

Якщо говорити про операторної частина проблемно-орієнтованоїкомпоненти, то її можна умовно розділити на кошти поведінковогоопису апаратури (паралельні процеси та засоби їх взаємодії);кошти потокового опису (опису на рівні межрегістрових передач) --паралельні оператори призначення сигналу (