ActiveHDL進階解讀課件

電子設(shè)計自動化技術(shù)授課教師：王憶文電子設(shè)計自動化技術(shù)

Active-HDL進階Active-HDLFPGAExpress/ISEISEActive-HDLDesignEntryToolsHDLEditor（HDE）BlockDiagramEditor（BDE）StateDiagramEditor（FSM）

TrainingIntroduction一個簡單頻率計的設(shè)計（帶BCD計數(shù)器、LED數(shù)碼管顯示編碼）頻率計的基本原理：將輸入信號頻率與基準(zhǔn)時鐘頻率進行比較頻率計的測量使能：即測量狀態(tài)下START信號為‘1’該設(shè)計采用3三種描述模式：HDL編輯器 (HDE)框圖編輯器 (BDE)狀態(tài)圖編輯器(FSM)簡單頻率計框圖頻率計主要模塊Thefollowingblocksareusedinthedesign:Top_frqm --頂層設(shè)計（BDE）HEX2LED --LED數(shù)碼管顯示編碼模塊（HDE）CNT_BCD --4位十進制BCD計數(shù)器模塊（BDE）

(包含AND2和CNT_4b倆子模塊)CONTROL --頻率計控制模塊（FSM）創(chuàng)建Project(NewDesign)IntheTypethedesignnamefield,enterFRQ_METER設(shè)計環(huán)境調(diào)整在DesignBrowser

點鼠標(biāo)右鍵選擇NewFolder

選項可以創(chuàng)建自己的文件夾新文件夾省卻名為“Folder1”、“Folder2”等,

可以自行改名

比如，我們可以創(chuàng)建名為FUNCTIONAL的文件夾，以便歸檔我們接下來的設(shè)計Top_frqm

--頂層設(shè)計（BDE）HEX2LED

--LED數(shù)碼管顯示編碼模塊

（HDE）CNT_BCD --4位十進制BCD計數(shù)器（BDE）

(包含AND2和CNT_4b倆子模塊)CONTROL --頻率計控制模塊（FSM）設(shè)計內(nèi)容1.2

創(chuàng)建HEX2LED顯示模塊HEX2LEDarchitecture:

用LanguageAssistant功能調(diào)取LanguageAssistant窗口：Tools|LanguageAssistant

選擇Synthesistemplates/HEX2LED

Converter，用Use

選項將代碼放入architecture的begin

與

end之間.

Note:Thecodeisinsertedwherethecursorislocatedinyourfile.Checkthisbeforeyouinvoketheusecommand.1.3

創(chuàng)建HEX2LED顯示模塊

SavetheHEX2LED.VHDfile(Ctrl+S)

鼠標(biāo)選中HEX2LED.VHD拖進FUNCTIONAL文件夾

打開在FUNCTIONAL文件夾中的HEX2LED.VHD，

編譯(

F11)Top_frqm

--頂層設(shè)計（BDE）HEX2LED

--LED數(shù)碼管顯示編碼模塊（HDE）CNT_BCD --4位十進制BCD計數(shù)器（BDE）

包含兩個底層子模塊CNT_4b（HDE）AND2 （HDE）CONTROL --頻率計控制模塊（FSM）設(shè)計內(nèi)容2.CNT_BCD計數(shù)器模塊描述CNT_BCD是一個同步BCD計數(shù)器。CLK

–系統(tǒng)時鐘GATE

–

計數(shù)器使能端RESET–非同步RESETBCD_A,BCD_B,BCD_C,BCD_D2.1CNT_4b子模塊描述(HDE)architectureCNT_4BofCNT_4BissignalQint:STD_LOGIC_VECTOR(3downto0);begin process(CLK,RESET) begin ifRESET='1'then

Qint<=(others=>'0');

elsifCLK='1'andCLK'eventthen ifENABLE='1'then ifQint=9then

Qint<=(others=>'0'); elseQint<=Qint+1; endif; endif; endif; endprocess; Q<=Qint; FULL<='1'when(Qint=9)else'0';endCNT_4B;2.2

創(chuàng)建與門AND2子元件(HDE)利用NewSourceFileWizard

創(chuàng)建與門AND2

元件(VHDLfile)。它有兩輸入

A0、A1和一輸出Y在AND2.VHD輸入一行代碼(betweenbeginandendAND2inthearchitecturebody):

Y<=A0andA1;Savethefile,closeit,dragittotheFunctionalfolder,thencompileit.2.3-1創(chuàng)建CNT_BCD模塊(BDE)File|New|BlockDiagram選擇BlockDiagramWizardNext>

在NewSourceFileWizard-Language窗口選擇VHDLNext>NewSourceFileWizard–Name窗口輸入CNT_BCDNext>

BDE

的操作步驟：BDEEDIF(ElectronicDataInterchangeFormat)創(chuàng)建CNT_BCD模塊(續(xù))

(BDE)Addthein

directionports(STD_LOGIC):CLKGATERESETAddtheout

directionports:(STD_LOGIC_VECTOR):BCD_A[3:0]BCD_B[3:0]BCD_C[3:0]BCD_D[3:0]

2.3-2創(chuàng)建CNT_BCD模塊(添加元件)進入添加元件狀態(tài)，用鼠標(biāo)左鍵點中cnt_4bsymbol從工具箱中拖入框圖區(qū)域四次；此后框圖區(qū)域如下所示:將and2symbol從Symbol工具箱中拖入框圖區(qū)域三次。NOTE：進入添加元件狀態(tài)的方法是，在框圖編輯器工具條點擊ShowSymbolToolbox

按鈕

，即可添加上面的元件。2.3-3創(chuàng)建CNT_BCD模塊用同樣的方法添加3個and2symbol，然后即可關(guān)閉右側(cè)

theSymbolToolbox對應(yīng)子窗口，接下來就是

畫元件間的互連線了。2.3-4創(chuàng)建CNT_BCD模塊Wire按鈕()畫一位互連線（and2與cnt_4b間互連線）,Bus按鈕()畫總線bus（計數(shù)器輸出端口）2.3-5創(chuàng)建CNT_BCD模塊用GlobalWirebutton()在CLK

和RESET輸入端口右邊化兩個黃圈。分別雙擊黃圈輸入名字CLK和RESETglobalwire定義完成后如下圖所示：Active-HDLDesignEntryToolsHDLEditor（HDE）BlockDiagramEditor（BDE）StateDiagramEditor（FSM）簡單頻率計框圖HEX2LED

-LED七段碼顯示轉(zhuǎn)換模(HDE)CNT_BCD-4位十進制BCD計數(shù)器模（BDE）

(包含AND2和CNT_4b倆子模塊)Top_frqm-頂層設(shè)計（BDE）CONTROL-頻率計控制模塊（FSM）設(shè)計內(nèi)容Top_frqm --頂層設(shè)計（帶虛擬元件）

（BDE）HEX2LED

--LED數(shù)碼管顯示編碼模塊（HDE）CNT_BCD --4位十進制BCD計數(shù)器（BDE）

(包含AND2和CNT_4b倆子模塊)CONTROL

--頻率計控制模塊（FSM）設(shè)計內(nèi)容3.1創(chuàng)建頂層框圖Top_frqmFile|New|BlockDiagram選擇BlockDiagramWizardNext>

在NewSourceFileWizard-Language窗口選擇VHDLNext>在NewSourceFileWizard–Name窗口輸入Top_frqmNext>

在這一部分我們將實現(xiàn)頻率計的頂層框圖設(shè)計，我們還將采用top-down的設(shè)計方法創(chuàng)建FSM模塊（Control）。

3.2

創(chuàng)建頂層框圖Top_frqm

DefinethefollowingportsoftheTop_frqmblockdiagram:

InputPorts:

-F_INPUT

-F_PATTERN

-RESET

-START

OutputPorts:

-LED_A[6:0]

-LED_B[6:0]

-LED_C[6:0]

-LED_D[6:0]ClickFinishBlockDiagramEditor(BDE)screenwithanemptydiagramwillappear.3.3創(chuàng)建頂層框圖Top_frqm（虛擬元件）點擊Fubbutton()，在F_PATTERN,RESETandSTART輸入端口右邊創(chuàng)建一個Fub符號，如下圖所示：3.4創(chuàng)建頂層框圖Top_frqm點擊Wirebutton()化三條水平連線，連接F_PATTERN,RESETandSTART端口到U1fub；三個輸入pin在Fub中自動創(chuàng)建。按Esc

鍵回到選擇模式。雙擊“Fub1”label，更改fubname為CONTROL右擊fubbody，

選擇Edit進入

Fub編輯狀態(tài)3.5創(chuàng)建頂層框圖Top_frqm拖動AddNewPin窗口中的Outpin到Fub右邊界，創(chuàng)建Pin1；重復(fù)操作創(chuàng)建Pin2。雙擊Pin1更名為

GATE雙擊Pin2更名為

END_RESET點擊Fub

外面，回答Yes保存。3.6創(chuàng)建頂層框圖Top_frqm完成后的Fub如右圖所示

(完成頂層設(shè)計后，待后續(xù)再完善該Fub設(shè)計)

接下來完善Top_frqm框圖設(shè)計:

-oneCNT_BCDmodule

-fourHEX2LEDmodule

(用ShowSymbolToolboxbutton將對應(yīng)元件拖入框圖編輯框)3.7創(chuàng)建頂層框圖Top_frqmThediagramwithallsixsymbolsplacedshouldlooklikethis:3.8創(chuàng)建頂層框圖Top_frqmThecompletedTop_frqmblockdiagramshouldlooklikethis:Pleasesavethediagram,closeit,dragittotheFunctionalfolderintheDesignBrowserandreopenitHEX2LED

-LED七段碼顯示轉(zhuǎn)換模(HDE)CNT_BCD-4位十進制BCD計數(shù)器模（BDE）

(包含AND2和CNT_4b倆子模塊)Top_frqm-頂層設(shè)計（BDE）CONTROL-頻率計控制模塊（FSM）設(shè)計內(nèi)容Top_frqm --頂層設(shè)計（BDE）HEX2LED

--LED數(shù)碼管顯示編碼模塊（HDE）CNT_BCD --4位十進制BCD計數(shù)器（BDE）

(包含AND2和CNT_4b倆子模塊)CONTROL --頻率計控制模塊（FSM）設(shè)計內(nèi)容狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖FSM(Finite

StateMachine)分類FSM根據(jù)輸入輸出關(guān)系可分為兩類：摩爾（Moore）型狀態(tài)機輸出由狀態(tài)決定，與輸入無直接關(guān)系米利（Mealy）型狀態(tài)機輸出由狀態(tài)和輸入共同決定摩爾（Moore）型狀態(tài)機摩爾（Moore）型狀態(tài)機的輸出僅僅與當(dāng)前狀態(tài)相關(guān)。狀態(tài)寄存器狀態(tài)邏輯輸出邏輯輸出當(dāng)前狀態(tài)次態(tài)輸入復(fù)位信號時鐘信號摩爾（Moore）型狀態(tài)圖1110000S3/0S0/0S1/1S2/01米利（Mealy）型狀態(tài)機米利（Mealy）型狀態(tài)機的輸出不僅與當(dāng)前狀態(tài)相關(guān)，而且也與輸入信號相關(guān)。狀態(tài)寄存器狀態(tài)邏輯輸出邏輯輸出當(dāng)前狀態(tài)次態(tài)輸入復(fù)位信號時鐘信號米利（Mealy）型狀態(tài)圖1/11/11/00/10/00/00/0S3S0S1S21/1狀態(tài)機設(shè)計狀態(tài)機的設(shè)計方法總是先定義一個復(fù)位狀態(tài)，明確定義狀態(tài)機的初始狀態(tài)，并使其可以從不定態(tài)中恢復(fù)，其次，在每個狀態(tài)下對每個輸出信號賦予一個值。至少存在一個時鐘信號，實現(xiàn)狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。也可以存在復(fù)位信號，用于同步系統(tǒng)等的運行。4.1創(chuàng)建狀態(tài)圖CONTROL在頂層框圖中右擊CONTROL

fub，選擇Push4.1創(chuàng)建狀態(tài)圖CONTROL選擇StateDiagramClickOK4.2

創(chuàng)建狀態(tài)圖CONTROL右擊F_PATTERN端口的符號，選擇

Properties端口屬性選擇ClockClickOK該FSMEditor是為異步狀態(tài)機行為描述而設(shè)計的，所以我們必須將CONTROLdiagram的一個輸入設(shè)置為machineclock.用Properties選項為END_RESETandGATE輸出端口定義為Registered.4.3

創(chuàng)建狀態(tài)圖CONTROL在狀態(tài)機編輯框中右擊，選擇

Properties；在對應(yīng)的窗口General中為Clock選擇F_PATTERN信號用FSM|State選項，或Statebutton()在編輯框中畫三個狀態(tài)，如圖：4.4

創(chuàng)建狀態(tài)圖CONTROL請更改狀態(tài)名分別為IDLE,OPEN_GATEandEND_CYCLE，如右圖：狀態(tài)圓圈可以隨意拉大右擊狀態(tài)，選擇Properties

可以更改狀態(tài)名（General—State

Propertieswindow）?；騽t雙擊原狀態(tài)名直接更改。4.5

創(chuàng)建狀態(tài)圖CONTROL請畫出右圖所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)換連接線：狀態(tài)轉(zhuǎn)換連接線可以點中拖動，隨意改變形狀。畫狀態(tài)連接線請從菜單中選擇FSM|Transition，或選擇Transitionbutton()，從開始狀態(tài)畫線連接目標(biāo)狀態(tài)。4.6

創(chuàng)建狀態(tài)圖CONTROL請畫出reset符號，如右圖：設(shè)置reset信號的參數(shù)：右擊FSM編輯框，選擇Properties調(diào)出MachineProperties窗口定義FSM的復(fù)位狀態(tài)：從菜單中選擇FSM|RESET，或者點擊Resetbutton()，然后即可畫出reset符號。Right-clickhere4.7

創(chuàng)建狀態(tài)圖CONTROL在MachineProperties

窗口中點擊Resettab，然后選擇：

-Name：RESET

-Type：Asynchronous

-ActiveLevel：High

點擊Advanced可以設(shè)置更加復(fù)雜的RESET條件ClickOK4.8

創(chuàng)建狀態(tài)圖CONTROL請加如下的條件：

START=‘0’

：IDLE狀態(tài)的自身循環(huán)轉(zhuǎn)換線、END_CYCLE狀態(tài)到IDLE狀態(tài)的轉(zhuǎn)換線;

START=‘1’

：END_CYCLE狀態(tài)自身循環(huán)轉(zhuǎn)換線、

IDLE狀態(tài)到OPEN_GATE狀態(tài)的轉(zhuǎn)換線狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件的添加可以通過菜單選擇FSM|Condition

或者選擇Conditionbutton()，然后點擊轉(zhuǎn)換線，輸入表達(dá)式4.9

創(chuàng)建狀態(tài)圖CONTROL請?zhí)砑尤缦碌臓顟B(tài)動作:

GATE<=‘0’;

END_RESET<=‘1’;

totheIDLEstate

GATE<=‘1’;

END_RESET<=‘0’;

totheOPEN_GATEstate

GATE<=‘0’;

END_RESET<=‘0’;

totheEND_CYCLEstateFSM的狀態(tài)動作可從菜單中選擇FSM|Action|Entry，接著點中相應(yīng)狀態(tài)，輸入動作表達(dá)式。（或）4.10

創(chuàng)建狀態(tài)圖CONTROLSave狀態(tài)圖(Ctrl+S)，關(guān)閉，然后拖入Functional。編譯CONTROL.ASF（F11）。編譯頂層框圖(Top_frqm.bde)。選擇Top_frqm(Top_frqm)

的E/A設(shè)置為頂層(SetasTop-Level)。Yourdesignisreadyforfinaltesting.小結(jié)HDLEditor （HDE）

語言助手，獲取HDL代碼模板BlockDiagramEditor （BDE）自動生成HDL源代碼StateDiagramEditor （FSM）自動生成HDL源代碼FunctionalSimulationA>手動加測試激勵進行仿真B>編寫宏文件(*.do)進行仿真C>編寫測試平臺進行仿真A>手動加測試激勵進行仿真

SettheAND2entity-architecturepairastop-levelunitforsimulation:—clickthe"+"signnexttoitandrightclickontheE/Apairtobringupthemenu—selectSetasTopLeveloptionNewWaveformRightClickSimulatorsRunB>編寫宏文件(*.do)進行仿真Theforcecommandusedfromtheconsoleorinmacrofilesletsyoucreateanywaveformusingthefollowingsyntax:

wheremoreth