Основы проектирования систем на кристалле. Часть II

Рис. 7. Диаграмма модели

6.Поменяйте параметры блоков Shift Arithmetic1 (установите величину сдвига равной -16) и Shift Arithmetic2 (установите величину сдвига равной -8).

7.Поменяйте индексы извлекаемых битов в параметрах блоков Extract Bits1 (установите индексы [4 10]), Extract Bits2 (установите индексы [11 12]), Extract Bits3 (установите индексы [13 20]), Extract Bits4 (установите индексы [21 31]).

8.Скомпилируйте модель. Для этого нажмите на кнопку Incremental build в

панели инструментов окна модели Теперь выполним проверку работы модели. Это наиболее удобно сделать, запустив

модель в пошаговом режиме, используя Simulink Debugger.

9.Запустите Simulink Debugger, нажав на кнопку Debug в панели инструментов окна модели.

10.На панели Break Points в поле Break at time установите значение 1 (рис. 15).

Рис. 15. Проверку работы модели наиболее удобно проводить в пошаговом режиме

спомощью Simulink Debugger

11.Нажмите на кнопку Start/Continue панели инструментов окна Simulink Debugger.

12.Нажимая на кнопку Go to first method at start of next time step, выполняйте

Simulation loop модели в пошаговом режиме.

Можно повысить информативность пошагового выполнения модели, если нажать на кнопку Show port values when hovering. Если эта кнопка нажата, то при наведении курсора «мыши» на какой-либо блок модели на экране отображаются значения сигналов на выходных портах данного блока. Для генерации HDL-кода по созданной модели необходимо объединить все блоки модели за исключением источника данных (блок Counter Free-Running) и блоков Display, обеспечивающих вывод значений на экран, в подсистему. После указания имени созданной подсистемы в поле Generate HDL for в окне диалога Configuration Parameters модели, можно выполнить генерацию VHDL-кода для созданного устройства и для тестирующей программы Testbench.

Перейдем к выполнению второй задачи.

1.Создайте на диске директорию Gate, запустите MatLab и укажите Gate в качестве рабочей директории (Current Directory).

2.Запустите Simulink Library Browser и создайте новую модель. Сохраните ее под именем Gate.

3.Настройте параметры модели, запустив в Command Window среды MatLab скрипт

hdlsetup

В таблице ниже приведены блоки с кратким описанием их функциональности, которые необходимо поместить в диаграмму модели из Simulink Library Browser.

Символ и название		Категория в	Функциональность
		Simulink
		Library
		Browser
			Источник байтового потока. В окне диалога Source
		Sources	Block Parameters в поле Number of bits установите
Counter	Free-		8. В поле Sample time установите 1.
Running
			Источник управляющего сигнала. В окне диалога
			Source Block Parameters в списке Pulse type
		Sources	выберите Sample based, в списке Time – Use
			simulation time. В поле Amplitude установите
Pulse Generator			значение 1, в поле Period – значение 10, в поле
			Pulse width – 5.
		Signal	Осуществляет преобразование типа сигнала. В
			поле Output Data Type окна диалога Function Block
		Attributes
Data Type			Parameters установите boolean.
Conversion
			Выполняет побитовую операцию (какую-либо) над
		Logic and Bit	входными сигналами. В выпадающем списке
		Operations	Operator окна диалога Function Block Parameters
Bitwise Operator			выберите NOT.
			Управляемый переключатель. Под управлением
			второго порта коммутирует на выход сигналы
		Signal Routing	первого или третьего портов. В выпадающем
Switch			списке Format окна диалога Criteria for passing first
			input выберите u2~=0
			Запоминает значение входного сигнала на один
		Discret	такт. На выходе значения входного сигнала
Unit Delay			появляются с задержкой в один такт.
		Sinks	Выводит на экран значения входного сигнала
Display

4.Разместите блоки в окне диаграммы модели и соедините их сигналами так, чтобы диаграмма выглядела как на рис. 16

Рис. 16. Диаграмма модели управляемого вентиля

5.Выполните проверку работы модели, используя Simulink Debugger

6.Выполните генерацию VHDL-кода, предварительно объединив в подсистему все блоки модели, кроме Counter Free-Running, Pulse Generator, Data Type

Conversion и Display.

Приведем примеры решения еще двух задач. Первая из них – преобразование параллельного кода в последовательный. Вторая – обратно. Объединим обе задачи в одной модели так, что на выходе модели при ее правильной работе мы должны иметь повторение входного сигнала.

1.Создайте на диске директорию Parallel2Serial, запустите MatLab и укажите

Parallel2Serial в качестве рабочей директории (Current Directory).

2.Запустите Simulink Library Browser и создайте новую модель. Сохраните ее под именем Prl2Srl.

3.Настройте параметры модели, запустив в Command Window среды MatLab скрипт

hdlsetup

В таблице ниже приведены блоки с кратким описанием их функциональности, которые необходимо поместить в диаграмму модели из Simulink Library Browser.

Символ и название		Категория в	Функциональность
		Simulink
		Library
		Browser
			Источник байтового потока. В окне диалога Source
		Sources	Block Parameters в поле Number of bits установите
Counter	Free-		8. В поле Sample time установите 8.
Running

Символ и название	Категория в	Функциональность
	Simulink
	Library
	Browser
		Выделяет из входного сигнала заданные разряды. В
	Logic and Bit	выпадающем списке Bits to extract окна диалога
		Function Block Parameters выберите Range of bits. В
	Operations
		поле Bit indices установите [7 7]. В списке Output
Extract Bits
		scaling mode выберите Treat bit field as an integer.
		Объединяет входные сигналы в единый векторный
	Signal Routing	сигнал. В поле Number of inputs окна диалога
Mux		Function Block Parameters установите 8.
		Согласовывает скорости работы входного и
		выходного портов. В поле Initial Condition окна
	Signal	диалога Function Block Parameters установите 0. В
	Attributes	списке Output port sample time options выберите
Rate Transition		позицию Specify. В поле Output port sample time
		установите 1.
		Выбирает из векторного сигнала элементы, ин-
		дексы которых соответствую значению на
	Signal Routing	управляющем порту, и отправляет их на выходной
Index Vector		порт. Отметьте поле Use zero-based indexing окна
		диалога Function Block Parameters.
		Накапливает значения входного сигнала заданное
		количество тактов. Выходной сигнал представляет
		собой вектор из накопленных значений. В поле
	Discrete	Sample Time окна диалога Function Block
Taped Delay		Parameters установите -1. В поле Number of Delays
		установите 8. В выпадающем списке Order output
		vector starting with выберите позицию Oldest
	Signal	Осуществляет преобразование	типа	сигнала. В
		поле Output Data Type окна диалога Function Block
	Attributes
Data Type		Parameters установите uint8.
Conversion
		Разделяет векторный сигнал на отдельные
	Signal Routing	скалярные значения. В поле	Number	of Outputs
		окна диалога Function Block Parameters установите
Demux		8.
		Осуществляет битовый сдвиг (умножение на
	Logic and Bit	степень 2) входного сигнала. В поле Number of bits
	Operations	to shift right окна диалога Function Block Parameters
Shift Arithmetic		установите -7.

Символ и название	Категория в			Функциональность
	Simulink
	Library
	Browser
		Выполняет побитовую операцию (какую-либо) над
	Logic and Bit	входными	сигналами.		В	выпадающем			списке
		Operator окна диалога Function Block						Parameters
	Operations
		выберите	OR.	В поле	Number		of	input ports
Bitwise Operator
		установите 8.
	Sinks	Выводит на экран значения входного сигнала.
Display
		Запоминает значение входного сигнала на нес-
		колько тактов. На выходе значения входного
	Discret	сигнала появляются с задержкой в это количество
Integer Delay		тактов. В	поле	Number	of	delays	окна		диалога
		Function Block Parameters установите 2.

13.Размножьте необходимые блоки и соедините их сигналами так, чтобы диаграмма модели выглядела как на рис. 17.

Рис. 17. Левая часть диаграммы (последний блок слева направо – Index Vector) реализует преобразование параллельного кода в последовательный. Правая часть – обратное преобразование. Блок Display1 отображает задержанную версию входного сигнала, генерируемого блоком Counter Free-Running

14.В окне диалога Source Block Parameters блока Counter Free-Running1 установите в поле Number of bits значение 3.

15.Установите параметры блоков Extract Bits … Extract Bits7 для извлечения битов входного сигнала с 7-го по 0-вой.

16.Установите значения параметров Number of bits to shift right блоков Shift Arithmetic … Shift Aritmetic 6 в -7 … -1.

17.Установите значение параметра Output port sample time блока Rate Transition2

равным 8.

18.Проверьте работу модели, используя Simulink Debugger.

Перед генерацией кода объедините блоки, относящиеся к преобразованию параллельного кода в последовательный, в одну подсистему, блоки, относящиеся к преобразованию последовательного кода в параллельный, – в другую. Блоки созданных подсистем объедините в подсистему верхнего уровня, которая и будет представлять собой моделируемое устройство. После объединения в окружение моделируемого цифрового устройства должны войти только блоки Counter Free-Running, Integer Delay, Display, Display1 (рис. 18, 19).

Рис. 18. Диаграмма модели после объединения блоков в подсистемы

Рис. 19. Окончательный вид модели перед генерацией VHDL-кода

11.Выполните генерацию VHDL-кода модели и программы Testbench. Изучите сгенерированный код.

Блоки Embedded MatLab

Несмотря на то, что с Simulink поставляется богатый набор готовых блоков, которые можно использовать для моделирования цифровых устройств и совместимых с Simulink HDL Coder, в Simulink также предусмотрена возможность создания различных видов пользовательских (Custom) блоков. Функциональность таких блоков пользователь определяет сам. Из всех типов Custom блоков совместимы с HDL Coder только, так называемые, Embedded MatLab Function блоки. Функциональность таких блоков пользователь описывает, создавая программу на языке программирования Embedded MatLab.

Рассмотрим на примере создание модели с использованием Embedded MatLab Function блока. В модели реализуем счетчик, имеющий два двоичных управляющих сигнала: первый – rst, сбразывает счетчик в нулевое значение; второй – enable, разрешает или запрещает работу счетчика.

1.Создайте новую директорию, например Counter, и укажите ее в качестве Current Directory в программе MatLab.

2.Запустите Simulink и создайте новую модель. Сохраните ее под именем uint8_counter.

3.Выберите Embedded MatLab Function блок из раздела User-Defined Functions в Simulink Library Browser и поместите его в окно модели.

4.Откройте окно Embedded MatLab Editor двойным щелчком «мыши» по изображению блока на диаграмме модели.

5.Замените текст программы на следующий:

function y = counter(rst,enable) persistent counter;

if isempty(counter) counter=uint8(0);

end

if rst counter=uint8(0);

elseif enable counter=counter+1;

end y=counter;

6.Выберите блок Display из раздела Sinks в Simulink Library Browser и поместите его в окно модели.

7.Выберите блок Signal Builder из раздела Sources в Simulink Library Browser и

поместите его в окно модели. Двойным щелчком «мыши» откройте окно Signal Builder. Используя меню открывшегося окна создайте два сигнала так, чтобы редактор сигналов выглядел как на рис. 20.

Рис. 20. Создайте два сигнала и откорректируйте положение импульсов на временной оси

8.Вызовите окно диалога Simulation Options, выбрав в меню File позицию

Simulation Options. Из выпадающего списка Signal values after final time

выберите Hold filnal value. В поле Sample time установите значение 1. Закройте окно диалога Signal Builder.

9.В окне Configuration Parameters модели в «дереве» Select выберите Solver. В

поле Fixed step size установите значение 1.

10.Добавьте к диаграмме модели два блока Data Type Conversion из категории

Signal Attributes в Simulink Library Browser. В настройках этих блоков установите в поле Output Data Type в значение Boolean.

11.Соедините блоки сигналами так, чтобы диаграмма модели выглядела как на рис. 21.

Рис. 21. Вид диаграммы модели, использующей Embedded MatLab function блок 12. Проверьте правильность работы модели, используя Simulink Debugger.