Проектиране на Управляващо устройство за светофари като краен автомат с помощта на развойна среда (Webpack) и входно hdl – описание
Изтегляне 3.32 Mb.
|
Разгледайте генерирания CPLD - Report, който се появява след успешно изпълнение на процесите по проектиране. Той основно описва процентите на заети ресурси от различен вид в CPLD – чипа: 
- Проверете като резултат от проектирането синтезираната цифрова и логическа схема на цялостното устройство, чрез двойно кликване на Synthesize -> View RTL Schematics и влизане в по-ниските нива на схемата – отново чрез двойно кликване с левия бутон, когато курсорът на мишката е върху блок от схемата: 
RTL- схема с най-високо ниво на главния модул 
По-подробна RTL- схема, синтезирана от главния модул, на която са показани двата блока, от които е съставено устройството -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 
светофар от тип “в търсене на изгубеното време” 
светофар от провинция Квебек, Канада ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- IV. Симулиране на работата на устройството - Зададайте т.нар. входни стимули (определящи стойностите на входните сигнали във времето на симулацията). За тази цел: - Създайте нов source - модул(файл) в проекта, който ще съхранява информацията за стимулите. За тази цел изпълнете, като започнете от главното меню на развойната среда командите: Project =>New Source… - В отворилия се прозорец New Source задайте за тип на source – модула със стимулите Test Bench Waveform, а за име на модула - ТestGeneral :
- В следващия отворил се прозорец New Source Wizard – Associate Source трябва да потвърдите, че създаваният в момента source - модул от тип Test Bench Waveform ще бъде асоцииран (подчинен) на главния VHDL – модул на проекта - GeneralModule. Би трябвало GeneralModule да е отбелязан в прозореца и в такъв случай ще преминете нататък с бутона Next. - В отворилия се прозорец New Source Wizard – Summary развойната среда извежда обратно информация за новосъздадения source - модул TestGeneral.tbw с цел проектантът да провери за грешки. Потвърдете тази информация с бутона Finish. - В отворилия се прозорец Initial Timing and Clock Wizard – Initialize Timing потвърдете или въведете нови времеви параметри на управляващите симулацията входни за устройството сигнали и на тактовия му сигнал, както са показани на фигурата по – долу и след като ги коригирате, натиснете Finish: 
В прозореца за редактиране на развойната среда се появява основният прозорец за въвеждане на графична информация в Test Bench Waveform – модула. - Задайте начален установяваща импулс за входния сигнал Reset. - Задайте стойност ‘0’ за входния управляващ сигнал Blink (за нормална работа на светофарите) – всъщност би трябвало тази стойност да бъде установена от средата по премълчаване: 
- Запишете въведената от вас графична информация във файла TestGeneral.tbw чрез иконата Save File - В прозореца Sources въведете чрез падащотото меню Sources For... режим на работа на развойната среда Post-Fit Simulation; Тя ще трябва да извърши симулация с отчитане на електрическите и времеви параметри на реално реализираното устройство върху чипа. 
В прозореца Sources ще се появи новият source - модул на проекта TestGeneral.tbw : 
- Стартирайте симулатора ISE Simulator и проверете резултатите от симулацията. За тази цел: - Активирайте (ако не е вече активиран) в горния прозорец (Sources) модула със стимулите TestGeneral.tbw , управляващ симулацията ; - Активирайте панела Processes в прозореца Processes на Project Navigator; Разширете списъка от команди към симулатора Xilinx ISE Simulator (ако не е вече разширен); :
-Установете върху лентата с инструменти на средата интервал от време за симулация 3000 ns: 
- Стартирайте с двойно кликване командата Simulate Post - Fit Model. При правилна досегашна работа ще се стартира симулаторът Xilinx ISE Simulator и неговият прозорец с времедиаграми на входните и изходни сигнали ще се изобрази на екрана. Чрез поставяне на маркер върху получените времедиаграми ( Simulation => Markers => Single Marker...) можете да проследите в какви състояния са светофарите във всеки момент от симулацията. Например на долната диаграма в момента на маркера R1 = ‘1’, Y1 = ‘0’, G1 = ‘0’; R2 = ‘0’, Y2 = ‘0’, G2 = ‘1’ – в този момент за първи светофар свети “червено”, а за втори – “зелено”: 
Можете да проследите времедиаграмите (стойностите на сигналите) и след 1000 ns, като изпълните: Simulation => Run For Specified Time... 
Затворете прозореца на симулатора с времедиаграмите на сигналите и извършете симулация на работата на устройството при входен управляващ сигнал Blink = ‘1’ (задаващ с тази си стойност мигащи жълти светлини, а останалите светлини на светофарите би трябвало да са изключени): 
- Затворете прозореца на симулатора с времедиаграмите на сигналите и отново преминете в режим на работа на развойната среда Sources for: Synthesis/Implementation. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------  
Вляво: Странни светещи кълба, заснети от сондата Вояджър-4 над Йо, спътник на Юпитер; Вдясно: Според д-р Евгения Лопес от НАСА, това образувание най-вероятно е космически светофар, въпреки че потребителите му все още не са известни. ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Въведеният в проекта VHDL код в модула ClkStretcher.vhd няма да бъде използван в този му вид при крайната реализация на проектираното устройство, тъй като времената, който за зададени в него (чрез размера на броячите и константните стойности за сравнение) са от порядъка на ns, а за практическата работа на устройството са твърде малки интервали. Това бе направено досега, за да може да се симулира и да се провери коректността на работа на устройството. Необходими са малки корекции в VHDL кода (основно увеличаване на крайните стойност на броячите, споменати по-горе), които ще доведат до увеличаване на интервалите от време при работа на устройството до няколко секунди. За тази цел : - Отворете прозореца с текста (VHDL- кода) на ClkStretcher.vhd чрез двойно кликване върху модула ClkStretcher.vhd в прозореца Sources на Project Navigator. Изтрийте текста в него, (който по-рано бе въведен) и въведете следния текст с увеличени крайни стойности на броячите: library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; entity ClkStretcher is port( CLK : in std_logic; -- тактовия сигнал на развойната платка OutCLK : inout std_logic; -- продуцирания изходен сигнал Reset : in std_logic; -- сигнал за начална инициализация Blink : in std_logic -- сигнал за мигащата жълта светлина ); end ClkStretcher; architecture Behavioral of ClkStretcher is signal enable1 : std_logic; -- стартира генерирането на дългия пулс signal enable2 : std_logic; -- стартира генерирането на първия кратък пулс след всеки дълъг signal enable3 : std_logic; -- стартира генерирането на втория кратък пулс след всеки дълъг signal enable4 : std_logic; -- стартира секцията необходима за мигащата жълта светлина signal counter1 : std_logic_vector(31 downto 0); -- определя дължината на дългия пулс signal counter2 : std_logic_vector(24 downto 0); -- определя продължителността на първия тактов пулс signal counter3 : std_logic_vector(24 downto 0); -- определя продължителността на втория тактов пулс signal counter4 : std_logic_vector(24 downto 0); -- определя честотата на мигане на жълтата светлина begin process(Reset, CLK, Blink) begin if(Reset = '1') then -- при начално установяване се активира първата секция генерираща дългия пулс enable1<='1'; enable2<='0'; enable3<='0'; enable4<='0'; counter1<=(others=>'0'); -- нулиране на всички броячи counter2<=(others=>'0'); counter3<=(others=>'0'); counter4<=(others=>'0'); OutCLK<='0'; elsif(CLK'event and CLK='1') then if(enable1='1') then -- секция за активиране само на първия брояч counter1<=counter1+1; if(counter1 elsif(counter1=x"1FFFFFFF" + 1) then
enable1<='0'; -- секцията се заключва и край на първия пулс counter1<=(others=>'0'); -- нулиране на първия брояч
enable2<='1'; -- стартиране на следващата секция enable3<='0'; -- секцията е непозволена
enable4<='0'; -- секцията за мигащата жълта светлина е непозволена OutCLK<='0'; -- OutCLK пада в ниско състояние
else OutCLK<='0'; -- OutCLK пада в ниско състояние end if;
elsif(enable2='1') then -- секция за активиране само на втория брояч if(counter2 elsif(counter2=x"1FFFFFF") then
enable1<='0'; -- секцията е непозволена enable2<='0'; -- секцията се заключва и край на втория пулс
counter2<=(others=>'0'); -- нулиране на втория брояч enable3<='1'; -- стартиране на следващата секция
enable4<='0'; -- секцията за мигащата жълта светлина е непозволена OutCLK<='0'; -- OutCLK пада в ниско състояние
else OutCLK<='0'; -- OutCLK пада в ниско състояние end if;
elsif(enable3='1') then -- секция за активиране само на третия брояч counter3<=counter3+1;
if(counter3 elsif(counter3=x"1FFFFFF") then
enable3<='0'; -- секцията се заключва и край на третия пулс counter3<=(others=>'0'); -- нулиране на третия брояч
enable1<='0'; -- секцията е непозволена enable2<='0'; -- секцията е непозволена
enable4<='1'; -- секцията за мигащата жълта светлина е позволена OutCLK<='0'; -- OutCLK пада в ниско състояние
else OutCLK<='0'; -- OutCLK пада в ниско състояние end if;
elsif(enable4='1') then -- секция за мигащата светлина и активиране само на четвъртия брояч counter4<=counter4+1; ------- проверка дали сигналът, отговарящ за мигащата жълта светлина е активен
if(Blink='0') then -- Ако Blink е неактивен OutCLK<='0'; -- OutCLK пада в ниско състояние
enable1<='1'; -- секция 1 се отключва enable2<='0'; -- секция 2 е заключена
enable3<='0'; -- секция 3 е заключена enable4<='0'; -- секция 4 е заключена
counter4<=(others=>'0'); -- нулиране на четвъртия брояч elsif(Blink='1') then -- Ако Blink е активен
OutCLK<=counter4(24); -- продуцираме делител на честота end if;
end if; -- край на секцията отговорна за Reset и CLK - Добавете в проекта нов source - UCF – модул с име GlobalUCF, (Project => New Source… и от прозореца New Source Wizard избор за тип модул Implementation Constraints File и File name => GlobalUCF). След това включване на модул в проекта, прозорецът Sources на развойната среда, показващ всички досега включени модули на проекта, трябва да изглежда така:
Стартира се програмата Pace от развойната среда, чрез която можете да присвоите изводи от чипа на входно/изходните сигнали на проектирaното устройство; - Попълнете колоната Loc(ation) на таблицата на Pace, както е дадена по-долу; В тази таблица имената на изводите на чипа, върху които искаме да бъдат разположени сигналите, се записват в колоната Loc(ation):
Запишете тази информация в UCF – файла чрез Save... ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- След успешното и спокойно включване на платката към компютъра:
- В прозореца на ExPort първоначално стартирайте Initialize Chain, и след проверката на USB - връзката между компютъра и развойната платка, която ще извърши Export, в прозореца ще се изобрази чипа от развойната платка, който може да бъде конфигуриран (програмиран): Важно!!! За да е възможно програмирането (конфигурирането) от вас на CPLD - чипа върху развоната платка, е необходимо съответният ключ на платката да е в режим PROG. В противен случай няма и да се визуализира чипът с надпис CPLD, който е показан в горния прозорец. - Проверете работата на имплементираното устройство върху развойната платка X-Board. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; port(
Reset : in std_logic; Blink : inout std_logic;
R1 : out std_logic; Y1 : out std_logic;
G1 : out std_logic; R2 : out std_logic;
Y2 : out std_logic; G2 : out std_logic;
OutDouble : out std_logic; -- сигнали за управление на пешеходните светофари
R_W1 : out std_logic; G_W1 : out std_logic;
R_W2 : out std_logic; G_W2 : out std_logic;
-- сигнали за управление на 7-сегментните индикатори -- (катода и анодите)
CAT: out std_logic; AA: out std_logic;
AB: out std_logic; AC: out std_logic;
AD: out std_logic; AE: out std_logic;
AF: out std_logic; AG: out std_logic
------------------------ );
end GeneralModule; port(
CLK : in std_logic; OutCLK : inout std_logic; Reset : in std_logic; Blink : inout std_logic; -- целочислена стойност, необходима за -- брояча за обратно отброяване на -- продължителността на зелените/червените --фази на светофара Count_Int_Time : inout integer range 0 to 31 ); end component; component TrafficLights port(
CLK : in std_logic; Reset : in std_logic; Blink : in std_logic; R1 : out std_logic; Y1 : out std_logic; G1 : out std_logic; R2 : out std_logic; Y2 : out std_logic; G2 : out std_logic; -- сигналите за управление на -- пешеходните светофари се добавят -- в крайния автомат, където става тяхното -- управление R_W1 : out std_logic; G_W1 : out std_logic; R_W2 : out std_logic; G_W2 : out std_logic; -- Сигнал за управление на катода на сегментите -- При зелена фаза на единия -- светофар ще е активен само единия сегмент, -- на който ще се визуализира обратното отброяване. -- При зелена фаза на другия светофар - съответно -- другият сегмент ще е активен CAT_Change : out std_logic; ---------------------- OutDouble : out std_logic ); end component; -- компонент необходим за трансформиране на -- стойността на брояча за обратно отброяване -- към сигналите управляващи анодите на седем- -- сегментните индикатори за визуализация. component HexToSevenSegment port(
HEX: in STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0); LED: out STD_LOGIC_VECTOR (6 downto 0) ); end component; signal Intermed : std_logic; -- вътрешен сигнал за предаване на тактовия сигнал ------------------------------------------------------- signal Count_Int_Time_Hex : integer range 0 to 31;
------------------------------------------------------- begin in1: ClkStretcher port map(CLK=>BoardCLK,OutCLK=>Intermed,Reset=>Reset,Blink=>Blink, Count_Int_Time=>Count_Int_Time_Hex); in2: TrafficLights port map(CLK=>Intermed,Reset=>Reset,Blink=>Blink,R1=>R1,Y1=>Y1,G1=>G1,R2=>R2,Y2=>Y2,G2=>G2,R_W1=>R_W1,G_W1=>G_W1,R_W2=>R_W2,G_W2=>G_W2,CAT_Change=>CAT,OutDouble=>OutDouble); HEX_IN <= CONV_STD_LOGIC_VECTOR(Count_Int_Time_Hex, 6); in3: HexToSevenSegment port map(HEX=>HEX_IN(3 downto 0), LED=>Seven_LED); AA <= not Seven_LED(0); AB <= not Seven_LED(1); AC <= not Seven_LED(2); AD <= not Seven_LED(3); AE <= not Seven_LED(4); AF <= not Seven_LED(5); AG <= not Seven_LED(6); end Structural; - Актуализирайте съдържанието на файла чрез File => Save. В интерфейсната декларация на главния модул GeneralModule (entity...) са декларирани допълнително още няколко входно/изходни сигнала в сравнение с първата версия на проекта: сигнали за управление на седемсегментните индикаторни елементи, както и сигнали за управление на пешеходните светофари. Въведен е допълнително и брояч (декрементиращ брояч) със съдържание от тип integer, който ще задава оставащото време до края на фазите червено/зелено на светофара. Промяна на кода в модула за синхронизация на проекта – ClkStretcher В този модул, както и по-рано, е описан блокът за генериране на импулси за определяне на интервалите от време за фазите на сфетофара от първия вариант на проекта, но в него сега е включена и схема за отброяване на една секунда, през която се декрементира стойността на брояча за продължителността на фазите на светофара. - Кликнете двойно с мишката върху името на модула ClkStretcher в прозореца Sources на Project Navigator. Изтрийте текста и въведете следния VHDL- код, описващ новата версия на проектираното устройство: library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
port(
CLK : in std_logic; -- тактов сигнал на развойната платка OutCLK : inout std_logic; -- продуциран изходен сигнал за продължителността -- на фазите на светофара Reset : in std_logic; -- сигнал за начална инициализация Blink : in std_logic; -- сигнал за мигащата жълта светлина ------------------ Count_Int_Time : inout integer range 0 to 31 -- сигнал за брояча, намаляващ по -- време на фазите ); end ClkStretcher; architecture Behavioral of ClkStretcher is signal enable1 : std_logic; -- стартира генерирането на дългия пулс signal enable2 : std_logic; -- стартира генерирането на първия кратък пулс след всеки дълъг signal enable3 : std_logic; -- стартира генерирането на втория кратък пулс след всеки дълъг signal enable4 : std_logic; -- стартира секцията необходима за мигащата жълта светлина signal counter1 : std_logic_vector(31 downto 0); -- определя дължината на дългия пулс signal counter2 : std_logic_vector(24 downto 0); -- определя продължителността на първия тактов пулс signal counter3 : std_logic_vector(24 downto 0); -- определя продължителността на втория тактов пулс signal counter4 : std_logic_vector(24 downto 0); -- определя честотата на мигане на жълтата светлина
-- сигнал необходим за отброяване на 1 секунда, през която да -- става декрементирането на брояча за фазата signal time_counter : std_logic_vector(25 downto 0); ---------------------------------------------
process(Reset, CLK, Blink) begin
-- при начално установяване се активира първата секция генерираща дългия пулс enable1<='1'; enable2<='0'; enable3<='0'; enable4<='0'; counter1<=(others=>'0'); -- нулиране на всички броячи counter2<=(others=>'0'); counter3<=(others=>'0'); counter4<=(others=>'0'); ------начално установяване----- time_counter <= (others=>'0'); Count_Int_Time <= 10; ------------------------------- OutCLK<='0';
if(enable1='1') then -- секция за активиране само на първия брояч counter1 <= counter1+1; time_counter <= time_counter + 1; -- увеличаване на брояча за 1 секунда ----------------------------------------------------- -- ако е отброена 1 секунда if (time_counter = x"2D6C00" ) then time_counter <= (others=>'0'); -- декрементираме стойността на брояча за фазата Count_Int_Time <= Count_Int_Time - 1; end if; ----------------------------------------------------- if(counter1 OutCLK<='1'; -- начало/високо ниво на OutCLK elsif(counter1=x"1FFFFFFF" + 1) then enable1<='0'; -- секцията се заключва и край на първия пулс counter1<=(others=>'0'); -- нулиране на първия брояч ------------- time_counter <= (others=>'0'); -- нулиране на брояча за 1 секунда. Count_Int_Time <= 10; -- инициализация на брояча за фазата ------------- enable2<='1'; -- стартиране на следващата секция enable3<='0'; -- секцията е непозволена enable4<='0'; -- секцията за мигащата жълта светлина е непозволена OutCLK<='0'; -- OutCLK пада в ниско състояние else OutCLK<='0'; -- OutCLK пада в ниско състояние end if; elsif(enable2='1') then -- секция за активиране само на втория брояч counter2<=counter2+1; if (counter2 elsif(counter2=x"1FFFFFF") then
enable1<='0'; -- секцията е непозволена enable2<='0'; -- секцията се заключва и край на втория пулс
counter2<=(others=>'0'); -- нулиране на втория брояч enable3<='1'; -- стартиране на следващата секция
enable4<='0'; -- секцията за мигащата жълта светлина е непозволена OutCLK<='0'; -- OutCLK пада в ниско състояние
else OutCLK<='0'; -- OutCLK пада в ниско състояние end if;
elsif (enable3='1') then -- секция за активиране само на третия брояч counter3<=counter3+1;
if (counter3 elsif (counter3=x"1FFFFFF") then
enable3<='0'; -- секцията се заключва и край на третия пулс counter3<=(others=>'0'); -- нулиране на третия брояч
enable1<='0'; -- секцията е непозволена enable2<='0'; -- секцията е непозволена
enable4<='1'; -- секцията за мигащата жълта светлина е позволена OutCLK<='0'; -- OutCLK пада в ниско състояние
else OutCLK<='0'; -- OutCLK пада в ниско състояние end if;
elsif(enable4='1') then -- секция за мигащата светлина и активиране само на четвъртия брояч counter4<=counter4+1; ------- проверка дали сигнала отговарящ за мигащата жълта светлина е активен
if(Blink='0') then -- Ако Blink е неактивен OutCLK<='0'; -- OutCLK пада в ниско състояние
enable1<='1'; -- секция 1 се отключва enable2<='0'; -- секция 2 е заключена
enable3<='0'; -- секция 3 е заключена enable4<='0'; -- секция 4 е заключена
counter4<=(others=>'0'); -- нулиране на четвъртия брояч elsif(Blink='1') then -- Ако Blink е активен
OutCLK<=counter4(24); -- продуцираме делител на честота end if;
end if; -- край на секцията отговорна за Reset и CLK |
от главното меню на Project Navigator 
