Języki Opisu Sprzętu

Wykład 5

III rok kierunek Elektronika

J.Kasperek P.J.Rajda

Program wykładu

Kontakt z prowadzącymi:

C-3 p.502 tel. [phone]

mgr inż. Jerzy Kasperek [e-mail]

mgr inż. Paweł J.Rajda [e-mail]

J.Kasperek P.J.Rajda © 2001 Katedra Elektroniki AGH

Kraków

Języki Opisu Sprzętu

• Typy rozszerzone (Extended Types)

– Typy wyliczeniowe (Enumerated Types)
– Podtypy (Subtypes)

• Typy złożone (Composite Types)

– Tablice (Arrays)
– Rekordy (Records)

• Inne typy predefiniowane (Other

Predefined Types)

– Pliki (Files)
– Linie (Lines)

J.Kasperek P.J.Rajda © 2001 Katedra Elektroniki AGH

Kraków

Języki Opisu Sprzętu

Predefiniowane typy danych

STANDARD Package definiuje typy:

• Boolean

• Bit

•Bit_vector

• Character

• String

• Text

STANDARD Package między innymi zawiera następujące
deklaracje:

type

boolean

is

(false, true);

-- initial value: FALSE

type

bit

is

(

‘0’

,

‘1’

);

type

std_logic

is

(

‘U’

,

‘X’

,

‘0’

,

‘1’

,

‘Z’

,

‘W’

,

‘L’

,

‘H’

,

‘-’

);

J.Kasperek P.J.Rajda © 2001 Katedra Elektroniki AGH

Kraków

Języki Opisu Sprzętu

Typy wyliczeniowe

W deklaracji występuje lista nazw lub wartości
definiujących nowy typ. Jest on dogodnym środkiem dla
symbolicznej reprezentacji kodów.

Składnia:

type

identifier

is

(item {, item});

item: {identifier | character_literal}

Przykłady:
identifiers:

type

tools

is

(hammer, saw, drill, wrench);

literals:

type

fiveval

is

(

‘?’

,

‘0’

,

‘1’

,

‘Z’

,

‘X’

);

J.Kasperek P.J.Rajda © 2001 Katedra Elektroniki AGH

Kraków

Języki Opisu Sprzętu

architecture

behave

of

cpu

is

type

instr

is

(add, lda,

ldb);

begin

process

variable

a, b, data:

integer

;

variable

opcode: instr;

begin

..........

case

opcode

is

when

lda => a := data;

when

ldb => b := data;

when

add => a := a + b;

end case

;

wait on

data;

end process

;

end

behave;

Kodowanie elementów

listy dla syntezy:

00 add

01 lda

10 ldb

11 ---

type

instr

is

(add,lda,ldb,invalid);

Typy wyliczeniowe

J.Kasperek P.J.Rajda © 2001 Katedra Elektroniki AGH

Kraków

Języki Opisu Sprzętu

Wyrażenia kwalifikujące

Nie można rozróżnić typu literałów n.p.: char

‘1’

, bit

‘1’

czy std_logic

‘1’

. Są one niejednoznaczne. Stosuje się

więc narzucanie typów (typecasting).

Składnia:
type’(literal | expression);

Przykłady:
bit’(

‘1’

)

type

month

is

(April, May, June);

type

name

is

(April, June, Judy);

months’(June)
name’(June)

J.Kasperek P.J.Rajda © 2001 Katedra Elektroniki AGH

Kraków

Języki Opisu Sprzętu

Konwersje typów

Pytanie:
Jaka jest różnica między

zapisami:

• integer(

3.0

)

• integer’(

3.0

)

Odpowiedź:

integer(

3.0

) jest legalnym odwołaniem do wbudowanej

funkcji konwersji z typu real do typu integer.

integer’(

3.0

) jest błędnym wyrażeniem kwalifikującym. Nie

można narzucić typu integer typowi real.

J.Kasperek P.J.Rajda © 2001 Katedra Elektroniki AGH

Kraków

Języki Opisu Sprzętu

Funkcje konwersji typów mogą być przydatne przy
dopasowywaniu dwóch projektów, które używają
różnych typów.

Przykład:

process

..........;

variable

abc: fourval;

variable

xyz: value4;

begin

xyz := convert4val (abc);

-- wywołanie funkcji

end process

;

Konwersje typów

J.Kasperek P.J.Rajda © 2001 Katedra Elektroniki AGH

Kraków

Języki Opisu Sprzętu

Konwersje typów

type

fourval

is

(

‘X’

,

‘L’

,

‘H’

,

‘Z’

);

type

value4

is

(

‘X’

,

‘0’

,

‘1’

,

‘Z’

);

function

convert4val (s: fourval)

return

value4

is
begin

case

s

is

when

‘X’

=>

return

‘X’

;

when

‘L’

=>

return

‘0’

;

when

‘H’

=>

return

‘1’

;

when

‘Z’

=>

return

‘Z’

;

end case

;

end

convert4val;

Odpowiedź: Tak, wartość zwracana przez funkcję jest
zadeklarowana

jako typ value4.

Pytanie: Czy wyrażenie

return

‘X’

jest jednoznaczne?

J.Kasperek P.J.Rajda © 2001 Katedra Elektroniki AGH

Kraków

Języki Opisu Sprzętu

Podtypy skalarne

Są uściśleniem wcześniej zdefiniowanych typów przez
zawężenie ich zakresu.

Przykłady:

subtype

digit

is

integer

range

0

to

9

;

variable

msd, lsd: digit;

jest równoważny:

variable

msd, lsd: integer

range

0

to

9

;

type

instr

is

(add, sub, mul, div, sta, stb, outa,

xfr);

subtype

arith

is

instr

range

add

to

div;

subtype

pos

is

integer

range

1

to

2147483647

;

subtype

nano

is

time

range

0

ns

to

1

us;

J.Kasperek P.J.Rajda © 2001 Katedra Elektroniki AGH

Kraków

Języki Opisu Sprzętu

Tablice

• Tablice składają się z elementów tego
samego typu.

• Są one używane do opisu magistral,
rejestrów i innych
zbiorów elementów sprzętowych.

• Elementy tablic mogą być skalarami lub
elementami
złożonymi.

• Dostęp do poszczególnych elementów dzięki
użyciu
wskaźników.

Jedynymi predefiniowanymi typami
tablicowymi są

:

• bit_vector

• string

• std_logic_vector

Użytkownik musi sam deklarować nowe typy
tablic dla elementów real i integer.

J.Kasperek P.J.Rajda © 2001 Katedra Elektroniki AGH

Kraków

Języki Opisu Sprzętu

Tablice – deklaracja zakresu indeksów

Sposób dostępu zależy od sposobu
deklaracji.

Przykłady:

variable

c: bit_vector (

0

to

3

);

variable

d: bit_vector (

3

downto

0

);

c :=

“1010”

;

d := c;

1

0

1

0

c(

0

) c(

1

) c(

2

) c(

3

)

d(

3

) d(

2

) d(

1

)

d(

0

)

(

4

TO

7

)

dowolny sposób

c(

4

)

indeks poza

zakresem

c(

1.0

)

błędny typ

J.Kasperek P.J.Rajda © 2001 Katedra Elektroniki AGH

Kraków

Języki Opisu Sprzętu

Tablice - przypisania

Przykład: dla typu bit_vector:
c :=

“1010”

;

stała typu bit_vector

c := S & T & M & W;

4 połączone sygnały 1-

bitowe
c := (

‘1’

,

‘0’

,

‘1’

,

‘0’

);

4-bitowy agregat

c :=

3

;

niedozwolony

Fragment tablicy (slice)
Przykłady:

variable

a: bit_vector (

3

downto

0

);

variable

c: bit_vector (

8

downto

1

);

c(

6

downto

3

) := a;

c(

6

downto

3

) nie c(

3

to

6

)

-

kierunek indeksów

musi być

taki sam jak w deklaracji

!

J.Kasperek P.J.Rajda © 2001 Katedra Elektroniki AGH

Kraków

Języki Opisu Sprzętu

Agregaty

Literał tablicowy może zawierać listę elementów w
notacji
pozycyjnej i / lub specyfikacyjnej, tworząc agregat.

Składnia:
[type_name’] ([choice =>] expression1 {,[

others

=>]

expression2})

Przykłady:

variable

a,b: bit :=

‘1’

;

variable

x,y,z: bit_vector (

1

to

4

);

x := bit_vector’(

‘1’

,a

nand

b,

‘1’

,a

or

b);

y := (

1

=>

‘1’

,

4

=> a

or

b,

2

=> a

nand

b,

3

=>

‘1’

);

=> czytaj: “otrzymuje”

Pytanie:
Jakie będą wartości x, y ?

J.Kasperek P.J.Rajda © 2001 Katedra Elektroniki AGH

Kraków

Języki Opisu Sprzętu

Przy użyciu notacji specyfikacyjnej, [choice =>] wskazuje na
jeden lub kilka elementów.

[choice =>] może zawierać wyrażenie (n.p.: (i

mod

2

) =>),

wskazujące na jeden element lub zakres (n.p.:

3

to

5

=>

lub

7

downto

0

=>), wskazujące na sekwencję elementów.

Notacja pozycyjna musi być użyta przed notacją
specyfikacyjną.

Przykład:

variable

b: bit;

variable

c: bit_vector (

8

downto

1

);

c := bit_vector’(

‘1’

,b,

5

downto

2

=>

‘1’

,

others

=>

‘0’

);

Agregaty

J.Kasperek P.J.Rajda © 2001 Katedra Elektroniki AGH

Kraków

Języki Opisu Sprzętu

Deklaracja typu tablicowego

Aby zadeklarować typ tablicowy należy wyspecyfikować:
nazwę typu, typ elementów, liczbę zakresów indeksów, typ
indeksów oraz zakres indeksów (opcjonalnie).

Składnia:

type

name

is

array

[index_constraint]

of

element_type ;

index_constraint: [range_spec]

index_type

range

[range_spec]

index_type

range

<>

Przykłady:

type

word8

is array

(

1

to

8

)

of

bit;

type

word8

is array

(integer

range

1

to

8

)

of

bit;

type

word

is array

(integer

range

<>)

of

bit;

type

ram

is array

(

1

to

8

,

1

to

10

)

of

bit;

<> oznacza zakres nieograniczony

J.Kasperek P.J.Rajda © 2001 Katedra Elektroniki AGH

Kraków

Języki Opisu Sprzętu

Po deklaracji typu może on zostać użyty do deklaracji
zmiennej lub sygnału.

Przykład:

variable

mystuff: word8;

variable

yourstuff: word (

1

to

10

);

Typ wyliczeniowy albo podtyp może również być użyty do
oznaczenia zakresu zmienności indeksów.

Przykłady:

type

instruction

is

(add, sub, mul, div, lda, sta,

xfr);

subtype

arithmetic

is

instruction

range

add

to

div;

subtype

digit

is

integer

range

1

to

9

;

type

Ten_bit

is

array

(digit)

of

bit;

type

Inst_flag

is

array

(instruction)

of

digit;

Deklaracja typu tablicowego

J.Kasperek P.J.Rajda © 2001 Katedra Elektroniki AGH

Kraków

Języki Opisu Sprzętu

Szczególnie użyteczne przy symulacji pamięci RAM
lub ROM.

Przykład:

type

memory

is

array

(

0

to

7

,

0

to

3

)

of

bit;

constant

rom: memory := ((

‘0’

,

‘0’

,

‘0’

,

‘0’

),

(

‘0’

,

‘0’

,

‘0’

,

‘1’

),

(

‘0’

,

‘0’

,

‘1’

,

‘0’

),

(

‘0’

,

‘0’

,

‘1’

,

‘1’

),

(

‘0’

,

‘1’

,

‘0’

,

‘0’

),

(

‘0’

,

‘1’

,

‘0’

,

‘0’

),

(

‘0’

,

‘1’

,

‘1’

,

‘0’

),

(

‘0’

,

‘1’

,

‘0’

,

‘1’

));

data_bit := rom(

5

,

3

);

-- słowo 5, bit 3

Tablice wielowymiarowe

J.Kasperek P.J.Rajda © 2001 Katedra Elektroniki AGH

Kraków

Języki Opisu Sprzętu

Tablice tablic

Przykład:

type

word

is

array

(

0

to

3

)

of

bit;

type

memory

is

array

(

0

to

4

)

of

word;

variable

addr, index: integer;

variable

data: word;

constant

rom_data: memory := ((

‘0’

,

‘0’

,

‘0’

,

‘0’

),

(

‘0’

,

‘0’

,

‘0’

,

‘1’

),

(

‘0’

,

‘0’

,

‘1’

,

‘0’

),

(

‘0’

,

‘1’

,

‘1’

,

‘1’

),

(

‘0’

,

‘1’

,

‘1’

,

‘1’

));

data := rom_data(addr);

rom_data(addr)(index)

--dostęp do pojedynczego bitu

J.Kasperek P.J.Rajda © 2001 Katedra Elektroniki AGH

Kraków

Języki Opisu Sprzętu

Nieograniczony typ tablicowy

Możliwe jest zadeklarowanie typu tablicowego bez podania
zakresu zmienności indeksów. Pełna deklaracja następuje w
momencie deklarowania zmiennej lub sygnału tego typu.

Przykład:
STANDARD Package:

type

bit_vector

is

array

(natural

range

<>)

of

bit;

Pytanie:
Czy można zadeklarować typ nieograniczonej tablicy liczb
typu real? Jeśli tak, proszę to wykonać, nazywając nowy typ
real_array.

Odpowiedź:

type

real_array

is

array

(integer

range

<>)

of

real;

J.Kasperek P.J.Rajda © 2001 Katedra Elektroniki AGH

Kraków

Języki Opisu Sprzętu

Konwersje typów

type

int_1

is range

0

to

10

;

type

int_2

is range

0

to

20

;

type

array_1

is array

(

1

to

10

)

of

int_1;

type

array_2

is array

(

11

to

20

)

of

int_2;

subtype

my_bit_vector

is

bit_vector (

1

to

10

);

type

bit_array_10

is array

(

11

to

20

)

of

bit;

type

bit_array_20

is array

(

0

to

20

)

of

bit;

signal

s_int: int_1;

signal

s_array: array_1;

signal

s_bit_vec: my_bit_vector;

signal

s_bit: bit;

J.Kasperek P.J.Rajda © 2001 Katedra Elektroniki AGH

Kraków

Języki Opisu Sprzętu

Konwersje typów integer:
int_2’(s_int);

rozszerzenie zakresu

Konwersje podobnych typów:
bit_array_10’(s_bit_vec);

przesuniecie zakresu

Niedozwolone konwersje typów:

boolean’(s_bit);

pomiędzy dwoma typami
wyliczeniowymi

int_1’(s_bit);

wyliczeniowych na inne

bit_array_20’(s_bit vec);

różne długości tablic

array_1’(s_bit_vec);

typy elementów nie

poddają się

konwersji

Konwersje typów

J.Kasperek P.J.Rajda © 2001 Katedra Elektroniki AGH

Kraków

Języki Opisu Sprzętu

Grupują obiekty różnych typów. Elementy rekordów
mogą być skalarami lub typami złożonymi i są
dostępne przez nazwę.

Przykład:

type

two_digit

is record

sign: bit;
msd: integer

range

0

to

9

;

lsd: integer

range

0

to

9

;

end record

;

process
variable

acntr, bcntr: two_digit;

begin

acntr.sign :=

‘1’

;

acntr.msd :=

1

;

acntr.lsd := acntr.msd;
bcntr := two_digit’(

‘0’

,

3

,

6

);

end process

;

Rekordy

J.Kasperek P.J.Rajda © 2001 Katedra Elektroniki AGH

Kraków

Języki Opisu Sprzętu

Instrukcja alias

Umożliwia wprowadzenie alternatywnej nazwy dla
części obiektu, ułatwiającej dostęp.

Przykład:

signal

count: bit_vector (

1

to

9

);

alias

sign: bit

is

count (

1

);

alias

msd: bit_vector (

1

to

4

)

is

count (

2

to

5

);

alias

lsd: bit_vector (

1

to

4

)

is

count (

6

to

9

);

count :=

“1_1001_0000”

;

sign :=

‘1’

;

msd :=

“1001”

;

lsd := msd;

J.Kasperek P.J.Rajda © 2001 Katedra Elektroniki AGH

Kraków

Języki Opisu Sprzętu

Predefiniowane typy tekstowe

Należą do nich typy text oraz line. Używane są do
operacji wejścia
i wyjścia podczas symulacji. Występują w deklaracji

file

wraz
z funkcjami odczytu, zapisu i pomocniczymi.

STD library - TEXTIO Package:

readline

,

read

,

writeline

,

write

endfile

(filename),

endline

(linename)

readline

(F:

in

text; L:

out

line);

read

(L:

inout

line; ITEM: integer);

a:

process

...

file

testvectors: text

is

in

“test.vec”;

variable

L: line;

variable

sim: bit_vector (

3

downto

0

);

begin

readline

(testvectors, L);

read

(L, sim);

J.Kasperek P.J.Rajda © 2001 Katedra Elektroniki AGH

Kraków

Języki Opisu Sprzętu

use

std.textio.all;

entity

copy4

is

end

copy4;

architecture

first

of

copy4

is

begin
process

(go)

file

instuff: text

is in

“/path/test.data”;

file

outfile:

text

is out

“/path/new.data”;

variable

L1, L2: line;

variable

av: bit_vector (

3

downto

0

);

begin
while

not

(

endfile

(instuff))

loop

readline

(instuff, L1);

read

(L1, av);

write

(L2, av);

writeline

(outfile, L2);

end loop

;

end process

;

end first

;

Predefiniowane typy tekstowe

J.Kasperek P.J.Rajda © 2001 Katedra Elektroniki AGH

Kraków

Języki Opisu Sprzętu

Typ access

Typ access

Nie jest dostępny w syntezie, ale może być użyty
podczas symulacji. Udostępnia wskaźniki dla
definiowania w pamięci symulatora struktur danych
(rekordów) o zmiennych rozmiarach.

new

,

deallocate

Przykład:

type

two_digit

is

record

...

type

pntr

is

access

two_digit;

variable

xptr: pntr;

xptr :=

new

two_digit;

alokacja

deallocate

(xptr);

dealokacja

xptr.msd :=

“1001”

;

dostęp

J.Kasperek P.J.Rajda © 2001 Katedra Elektroniki AGH

Kraków

Języki Opisu Sprzętu

Deklaracje typów

Deklaracja typu musi się pojawić się przed użyciem typu.
Typ zadeklarowany w

entity

nie może być użyty w

specyfikacji portów, ponieważ pojawia się ona przed
deklaracjami typów.

entity

E

is

type_declaration

begin

.....

end

E;

P:

process

type_declaration

begin

.....

end

process

P;

package

P

is

type_declaration

end

P;

B:

block

type_declaration

begin

.....

end

B;

function

F (...) is

type_declaration

begin

.....

end

F;

architecture

A

of

E

is

type_declaration

begin

.....

end

A;

Ciąg dalszy

nastąpi...