Kombinaatiopiirin suunnittelu ja toteutus

Digitaalitekniikan matematiikka Sivu 1 (57)Harjoitustyön 2 ohje 21.11.2011 Fe/AKo

Kombinaatiopiirin suunnittelu ja toteutus


Harjoitustyön 2 tavoitteet

• opitaan piirisuunnitteluprosessin vaiheita

• opitaan dokumentointia

• opitaan suunnittelemaan kombinaatiopiiri annetun määrittelyn pohjalta

• opitaan käyttämään piirisuunnitteluohjelmaa

• suunnitelman syöttöön (Design Entry)piirikaaviomuodossa

• suunnitellun piirin kääntämiseen (Compilation) eli sovittamiseen PLD-piiriin (näistä enemmän kevään opintojaksossa)

• piiritoteutuksen tutkimiseen

• PLD-piirin simulointiin

• PLD-piirin ohjelmointiin

• opitaan testaamaan toteutettu piiri


Aiheen valinta ja varausAiheen valinta ja varaus

Harjoitustyön 2 sisältö vaiheet, ajoitus ja työkalut

LohkokaaviosuunnitteluPiirisuunnittelu

LohkokaaviosuunnitteluPiirisuunnittelu

HT-kerralla 1ATK-luokassa


Kynällä ja paperillaOffice-sovelluksilla

Kynällä ja paperillaOffice-sovelluksilla

1

Tee työselostusta kaikkien vaiheiden aikana!



Piirisuunnittelu loppuunPiirikaavion piirtäminen

Piirisuunnittelu loppuunPiirikaavion piirtäminen

Office-sovelluksilla Quartus II -ohjelmalla

Office-sovelluksilla Quartus II -ohjelmalla

2



Piirtäminen loppuun Käännös ja simulointi

Piirtäminen loppuun Käännös ja simulointi

Quartus II -ohjelmallaOffice-sovelluksilla

Quartus II -ohjelmallaOffice-sovelluksilla

3



Päälohkokaavion piirtäminenOhjelmointi ja testaus

Päälohkokaavion piirtäminenOhjelmointi ja testaus

Quartus II -ohjelmallaHarjoitustyöalustallaOffice-sovelluksilla

Quartus II -ohjelmallaHarjoitustyöalustallaOffice-sovelluksilla4

Harjoitustyökerta 5 on varattu työn loppuunsaattamiseen tarvittaessaHarjoitustyökerta 5 on varattu työn loppuunsaattamiseen tarvittaessa


Harjoitustyön 2 dokumentointi, luovutus, arvostelu ja palautus

• Henkilökohtainen työselostus dokumenttipohjalle laadittuna

• Quartus II -suunnittelutiedostot arkistoituna ja liitettynä työselostukseen

• Sijoita työselostus suunnittelutiedostoarkistoineen Tuubiin viimeistään 16.12.2011

• Työ arvostellaan skaalalla hyväksytty - hylätty

• Tieto hyväksymisestä Tuubissa

• Hylätty työ palautetaan täydennettäväksi tai korjattavaksi Tuubiin

• Korjattu työ tulee toimittaa Tuubiin korjausohjeessa mainittuun päivämäärään mennessä

• Mikäli haluat tehdä työtä kotona

• asenna kotikoneeseesi Quartus II:n versio 9.1 sp 2 (pyydä tiedosto opettajalta, tarvitset vähintään 2-gigaisen muistitikun)

• pura opintojakson kotisivujen Harjoitustyöt-sivulta pakattu kansio IECSymbols.zip koneesi quartus-kansion libraries-alikansioon


Työympäristön valmistelu ATK-luokassa

Z:

- DigTeknMat Digitaalitekniikan matematiikan pääkansio

- HarjTyo2OpiskelijatunnuksesiHarjoitustyön 2 pääkansiosi

- HarjTyo2Opiskelijatunnuksesi Harjoitustyön 2 pääkansiosi

HarjTyo2RyhmasiSukunimesiEtunimesi.doc Työselostus

1) Tee Z:-levyllesi alla esitetyt kansiot (ei skandeja nimissä) Z:

2)Talleta työselostuspohja opintojakson verkon harjoitustyösivulta kansioon seuraavalla nimellä (ei skandeja) ja avaa se Wordiin

1

3) Avaa tämä ohje opintojakson harjoitustyösivulta Adobe Readeriin

Täydennä työselostusta riittävän usein työtä tehdessäsi!


Harjoitustyön lohko- ja piirisuunnitteluprosessi

PäälohkokaavioPäälohkokaavio

TotuustaulutTotuustaulut

Ensin ylhäältä alas (top-dow

n) käsin

PäälohkokaavioPäälohkokaavio

Sitt

en a

lhaa

lta y

lös

(bot

tom

-up)

ohj

elm

alla

PiirikaavioPiirikaavio

1

Karnaugh'n kartatKarnaugh'n kartat

LausekkeetLausekkeet


Päälohkokaavion laadinta

• Tee työ joko ensin kynällä ja paperilla ja sittenPowerPointilla tai pelkästään PowerPointilla

• Päälohkokaaviossa vain yksi lohko

• Piirin tulosignaalit ja lähtösignaalit

• Tulot ja lähdöt saat tehtävän kuvauksesta

• Nimeä lohko ja signaalit heti harkitusti

• Käytä lohkon nimessä vain kirjaimia A … Z, enintään 8 merkkiä

• esimerkissä ValOhj

• Piirrä signaaliviivat ja esitä signaalinimet

• esimerkissä HK, A, Y ja L

• Käytä signaalinimissä vain isoja kirjaimia A … Z ja numeroita, enintään 8 merkkiä. Aloita signaalinimi kirjaimella.

• Signaalinimet S1, S2 ... S8 ja D1, D2 ... D8 on varattu. Älä käytä niitä

HK

ValOhjValOhj

Esi-merkki

Valo-ohjain

1

AY

L

Työselostus 4


1 11 1

HK

A

11

Piirisuunnittelu

• Laadi piirin lähtösignaalien totuustaulut

• Laadi piirin lähtösignaalien Karnaugh´n kartat

• Muodosta piirin lähtösignaalien lausekkeet

• pyri mahdollisimman yksinkertaisiin lausekkeisiin

• Jos tulosignaaleja on enemmän kuin neljä

• lähtösignaalit riippuvat vain osastatulosignaaleja

• jokainen lähtösignaali riippuuenintään neljästä tulosignaalista

L

L = HK + A · Y + A · Y

= HK + A Y

HK A Y L0 0 0 00 0 1 10 1 0 10 1 1 01 0 0 11 0 1 11 1 0 11 1 1 1

1

Y

2

00

Työselostus 5.1

Työselostus 5.2

Esi-merkki

Valo-ohjain

Työselostus 5.2


Työn tallettaminen harjoitustyökerran lopussa

• Talleta omaan harjoitustyön 2 pääkansioosi Z:-levyllä seuraavat tiedostot:

• työselostus (Word)

• Quartus II -projektitiedostot arkistoituna tiedostona (.qar)Project Archive Project…

• Kopioi koko harjoitustyön 2 pääkansiosi sisältö muistitikulle

• Lähetä työselostus ja arkistotiedosto itsellesi sähköpostilla

• Voit myös käyttää Tuubin välitallennusmahdollisuutta

• Nämä varmistelut saattavat tuntua ylimitoitetuilta

• Käytännön kokemus on osoittanut, että kaikkea voi sattua

• Z:-levylläsi olevat tiedostot ovat salaperäisesti hävinneet

• muistitikkusi on kadonnut tai sen sisältö on hävinnyt tai muuttunut

• et pääse Z:-levyllesi etkä sähköpostiin

• tms...

1

2

3

4


Muista!

Työn jatkaminen seuraavalla harjoitustyökerralla

• Tarkasta, että työympäristösi on edelleen kunnossa

• katso kalvoa Työympäristön valmistelu ATK-luokassa (sivu 5)

• Ellei ole, saata se kuntoon (kopioi tiedostot Z:-levylle tarvittaessa sähköpostista, muistitikulta tai Tuubista)

• katso kalvoa Työympäristön valmistelu ATK-luokassa (sivu 5)

• Avaa

• työselostuksesi (Word)

• tämä ohje (Adobe Reader)

• Jos olet jo tehnyt työtä Quartus II:lla

• käynnistä Quartus II

• tee sitten sivulla 15 esitetyt asiat

• avaa lopuksi Quartus II -projekti Z:-levyltäFile Open Project... .qpf-tiedosto

Tee työtä vain

Z:-levyltä!

Tee työtä vain

Z:-levyltä!

2

3

4


Quartus II -ohjelman esittely

• Ohjelma digitaalipiirien• suunnittelun syöttöön

• lohkokaavioina (käytämme tässä työssä)• piirikaavioina (käytämme tässä työssä)• tekstitiedostoina korkean tason kuvauskielellä (kevään työssä)• valmislohkoina (käytämme tässä työssä)

• sovittamiseen Alteran valmistamiin ohjelmoitaviin logiikkaverkkoihin• toiminnan verifiointiin (simulointi ja valmiin piirin toiminnan tutkiminen)• verkkojen ohjelmointitiedostojen laadintaan ja ohjelmointiin

• Kattava kokonaisohjelmisto työn eri vaiheisiin (ei määrittelyyn)• Suhteellisen helppokäyttöinen ja nopea oppia• Soveltuu hyvin hierarkkiseen suunnitteluun

• sekä top-down että bottom-up (harjoitustyössä käytetään tätä)• Windows XP, Vista ja 7 sekä Linux-ympäristöihin• Luokassa versio 9.1• Quartus II kotikoneelle? Ks. tämän ohjeen sivu 4.

2


ValOhj.bdf

Harjoitustyön Quartus II -suunnitteluprosessi2

KääntäjäKääntäjä

Vaihe Työkalut Keskeiset tiedostot

Piirikaavionpiirtäminen

Piirikaavionpiirtäminen

Lohko- ja piiri-kaavioeditori

Lohko- ja piiri-kaavioeditori

AaltomuotoeditoriAaltomuotoeditori

SimulaattoriSimulaattori

Raportti-ikkunaRaportti-ikkuna

Käännös eli sovitus piiriin

Käännös eli sovitus piiriin

ValOhj.vwfValOhj.sim.rpt

Tietokanta (db)ValOhj.rptValOhj.eqn

Raportti-ikkunaRaportti-ikkuna

LausekeraportitLausekeraportit

KäännösraportitKäännösraportit

Lohko- ja pk-edit.Lohko- ja pk-edit.

Toteutuks. tutk.Toteutuks. tutk.

SimulointiSimulointi

Päälohkokaav.piirtäminen ja

käännös

Päälohkokaav.piirtäminen ja

käännös

OhjelmointiOhjelmointi OhjelmoijaOhjelmoija

KääntäjäKääntäjä

PaaLohko.pof

RaportitLopputulos

Simul.-raporttiSimul.-raportti

PaaLohko.bdfPaalohko.rpt

Ohjelmoitu

piiri

harjoitu

s-

työalustalla

4

3

KäännösraporttiKäännösraportti


Quartus-työkansion tekeminen

• Tee harjoitustyön 2 pääkansioosi työkansio Quartus II -ohjelman tekemille tiedostoille ja tietokannalle

• Anna kansiolle nimeksi suunniteltavan piirin nimi eli sama nimi, joka sillä on päälohkokaaviossa (katso sivu 7)


Z- DigTeknMat Digitaalitekniikan matematiikan pääkansio

- HarjTyo2Opiskelijanumerosi Harjoitustyön 2 pääkansiosi

- ValOhj ValOhj-piirin Quartus II -työkansio

• Sijoita kaikki tekemäsi Quartus II -tiedostot tähän työkansioon

• Älä siirtele tai kopioi tiedostoja kansiosta toiseen

• Älä tee uusia työkansioita Quartus II -tiedostoille

• Käytä työkansiolle antamaasi piirin nimeä jatkossa myös projektin ja sen keskeisten tiedostojen nimenä

2


Quartus II -ohjelman käynnistys

• Käynnistä Quartus II (kestää jonkin aikaa…)

Esko T. Rautanen 6.9.1998PääpiirikaavioEsimerkki: nelibittinen binaarisummainHarjoitustyö 1Digitaalitekniikan perusteet, syksy 1998102ASBCICOKSumModVCC89B3INPUTVCC88A3INPUT93S3OUTPUT98C4OUTPUT101ASBCICOKSumModVCC87B2INPUTVCC86A2INPUT92S2OUTPUTVCC85B1INPUT100ASBCICOKSumModVCC84A1INPUT91S1OUTPUTVCC82B0INPUTVCC83C0INPUTVCC81A0INPUT99ASBCICOKSumMod90S0OUTPUT

2

Projekti-ikkuna: hierarkia, tiedostot, suunnitteluyksiköt

Sanomaikkuna: sanomat, virheilmoitukset yms.

Selosterivi: esimerkiksi painikkeiden kuvaukset

Työtila käyttäjän tiedostoille (piiri- ja lohkokaaviot jne.) ja raporteille

Tehtäväikkuna: projektin vaiheet ja eteneminen


Quartus II:n asetusmuutokset

• Avaa asetusmuutosikkuna: Tools Options...

• Tee seuraavat asetusmuutokset Quartus II:een

• aseta kääntäjä tekemään lauseketiedostot ja simulaattori päivittämään aikakaavio: Category: General Processing

• valitse

• määrittele IEC-symbolit sisältävä kirjasto IECSymbols käyttäjäkirjastoksiCategory: General Global User Libraries (All Projects)

• hae ( ) C:\win\altera\91\quartus\libraries\IECSymbols

• napsauta ja muista painaa vielä

• tarkista, että em. kansio on tullut Libraries: -luetteloon

• aseta aaltomuotoeditorin kokonaisaika ja aika-askelCategory: Waveform Editor

• muuta Default File End Time:n arvoksi 26 us

• muuta Default Grid Period:in arvoksi 100 ns

• napsauta

2


Uuden projektin käynnistys

• Jokainen suunnittelutyö on Quartus II:ssa projekti

• Projektilla on oma kansio, jossa sen tietokanta (db) ja tiedostot ovat

• Tiedostoilla on hierarkia: yksi suunnittelutiedostoista on päätiedosto

• Käynnistä uusi projekti projektivelhon (Project Wizard) avullaFile New Project Wizard… Introduction

• valitse projektikansioksi luomasi Quartus II:n työkansio (selaa :lla)


• kirjoita projektin ja päätiedoston nimeksi piirin nimi


• napsauta kahdesti

• valitse käytettävä piiriperhe ja piiriFamily: MAX3000A

Target device: Specific device selected in 'Available devices' list

Available devices: EPM3064ALC44-10

• napsauta

2


Piirikaavion piirtäminen 1

• Avaa uusi suunnittelutiedosto lohko- ja piirikaavioeditoriin

File New... tai Block Diagram/Schematic File

• Talleta tyhjä tiedosto heti Quartus II -työkansioosi File Save As...

• anna tiedostonimeksi piirin nimi (esimerkissä ValOhj)

• ei skandeja (Å,Ä,Ö) eikä välilyöntejä tiedostonimessä

• varmista, että on valittuna ja paina

• Piirtämisessä hyödyllinen rasteri näkyville (ellei jo ole)View Show Guidelines

• Tutustu vasemman reunan pystytyökalurivin työkaluihin,katso kunkin työkalun kuvaus selosteriviltä

• Piirrä signaaliviivat Orthogonal Node Tool -viivatyökalulla

Esimerkki piirikaaviosta on seuraavalla sivulla

Piirikaavion piirtämisohjeet jatkuvat esimerkin jälkeen

2


Piirikaavioesimerkki

Tuloliitin

Lähtöliitin

Signaaliviiva

Piirisymboli

Symbolin kehys

2

Piirikaavion piirtämisohjeet jatkuvat seuraavalla sivulla



• Valitse kirjoitustyökalu ja kirjoita piirustusalustan vasempaan yläkulmaan seuraavat tiedot:

Digitaalitekniikan matematiikka

Harjoitustyö 2

Työaiheesi numero ja nimi

Piirikaavio

Nimesi ja opiskelijanumerosi

Opiskelijaryhmäsi

Päivämäärä

• Nouda piirien symbolit, yksi kutakin tarvitsemaasi

• kaksoisnapsauta hiirellä piirustusalustaa tai napsauta

• symbolin valintaikkuna aukeaa

• laajenna ( ) kirjasto IECSymbols ja valitse siitä tarvitsemasi piiri

• näet piirin symbolin ikkunassa: tarkista, että se on oikea

• poista tarvittaessa valinta

• napsauta ja sijoita symboli sopivaan paikkaan

2



• Piirien lisäksi tarvitset jokaista tulosignaalia varten tuloliittimen ja jokaista lähtösignaalia varten lähtöliittimen

• kaksoisnapsauta hiirellä piirustusalustaa tai napsauta

• tuloliitin: kirjoita Name: -kenttään input, napsauta ja sijoita liitin haluamaasi paikkaan

• lähtöliitin: kirjoita Name: -kenttään output, napsauta ja sijoita liitin haluamaasi paikkaan

• Monista symboleita ja liittimiä tarvitsemasi määrä (pidä ctrl-painike painettuna ja raahaa hiirellä kopio haluamaasi paikkaan)

• Saat piirikaavion oman ikkunaansa napsauttamalla

• saat suuremman työskentelytilan

• voit palauttaa piirikaavion pääikkunaan napsauttamalla uudelleen

• Talleta tiedostosi riittävän usein työn kestäessä

File Save tai

2



• Sijoita kaikki symbolit ja liittimet sopivasti piirustusalustalle

• Älä sijoita symboleja, liittimiä äläkä niiden kehyksiä osittainkaan toistensa päälle

• Varaa riittävästi (= enemmän kuin aluksi luuletkaan) tilaa signaaliviivoille

• Muuta tulo- ja lähtöliittimien signaalinimet suunnittelemasi piirin tulo- ja lähtösignaalinimiksi

• kaksoisnapsauta liitintä

• kirjoita signaalin nimi ikkunan kenttään Pin name(s): ja napsauta

• Yhdistä liittimet ja symbolit signaaliviivoilla viivatyökalulla

• kun viet kohdistimen symbolin liitäntäpisteeseen tai viivan päähän, voit piirtää viivan ja siihen enintään yhden kulman

• Älä piirrä signaaliviivaa symbolin äläkä sen kehyksen päälle

• Piirikaavion muokkaamisessa auttaa, kun pidät kuminauhaominaisuuden (rubberbanding) valittuna

• Tarkasta piirikaaviosi huolellisesti! Korjaa virheet, jos niitä löytyy!

2Symbolin kehys 3


2Piirikaavion määrittely päätason suunnitteluyksiköksi

• Valitse projekti-ikkunan (Project Navigator) välilehti Files

• Valitse piirikaaviotiedosto

• esimerkissä ValOhj.bdf

• Määrittele se päätason suunnitteluyksiköksi• Project Set as Top-Level Entity

3


Piirikaavion tarkastus

• Tarkasta piirikaaviosi virheettömyys

Processing Start Start Analysis & Synthesis tai

• Mikäli saat varoituksia tai virheilmoituksia sanomaikkunaan (Messages):

• Kaksoisnapsauta ilmoitusta, niin se symboli, johon varoitus tai virhe liittyy, tulee valituksi

• Korjaa virheet ja tarkasta piirikaavio uudelleen, kunnes tarkastus onnistuu ilman varoituksia ja virheitä: korjausvinkkejä sivuilla 54-57

• Huom! Varoituksista tyyppiä ... ... ei tarvitse välittää

• Jos saat paljon punaisia virheilmoituksia, niin luultavasti symbolikirjasto on jostain syystä kadonnut (Quartuksen bugi?) Hae symbolikirjasto uudelleen sivun 15 ohjeen mukaan ja toista piirikaavion tarkastus. Jos edelleen tulee punaisia virheilmoituksia, niin vika on muualla.

2

Työselostus 6.1 ja 6.2

3


Mitä käännöksessä tehdään?

• Käännöksessä on neljä osaa

• analyysi ja synteesi (Analysis & Synthesis)

• piiriin sovittaminen (Fitting, työkalu Fitter)

• ohjelmointitiedostojen laatiminen (Assembly, työkalu Assembler)

• ajoitusanalyysi (Timing analysis, työkalu Classic Timing Analyzer)

• Analyysivaiheessa Quartus II -ohjelma analysoi suunnittelutiedostot ja raportoi löytämistään muotovirheistä.

• Synteesissä muodostetaan suunnittelutiedostoista yhteinen tietokanta

• Fitter sovittaa suunnitelman ohjelmoitavaan logiikkaverkkopiiriin

• ohjelmalle voidaan antaa vapaus valita parhaiten sopiva piirityyppi

• piirityyppi voi olla valittu (esimerkiksi EPM3064ALC44-10)

• Assembler tekee ohjelmointitiedostot piirien ohjelmointia varten

• Ajoitusanalyysissa selvitetään piirien viiveet ja analysoidaan viiveisiin liittyviä virhetoimintamahdollisuuksia

• Käännösraportista nähdään monenlaisia käännökseen liittyviä tietoja

3


Käännös eli sovitus ohjelmoitavaan logiikkaverkkoon

• Käynnistä käännös

Processing Start Compilation tai

• Tehtäväikkuna (Tasks) näyttäät käännöksen eri vaiheet ja niiden suoritusasteen

• Sanomaikkuna ilmoittaa käännöksen etenemisestä sekä antaa tarvittaessa varoituksia ja virheilmoituksia

• seuraavantyyppisiä varoituksia saat, niistä ei tarvitse välittää:

• Korjaa virheet: korjausvinkkejä sivuilla 53-55

• Käännä uudelleen, kunnes käännös on virheetön

3


Toteutuksen lausekkeiden tutkiminen (lisätehtävä)

• Käännöksen alkaessa tulee näkyville käännösraportti-ikkuna

• Valitse ikkunan kohdasta Fitter alakohta Equations

• raportissa lausekkeet on esitetty seuraavan esimerkin mukaisesti

C1L1_p1_out = !A & Y;

C1L1_p2_out = A & !Y;

C1L1_or_out = C1L1_p1_out # C1L1_p2_out # HK;

C1L1 = C1L1_or_out;

A = INPUT();

Y = INPUT();

HK = INPUT();

L = OUTPUT(C1L1);

• jos olisi esimerkiksi

C1L1 = !C1L1_or_out;

• Vertaa lausekkeita Karnaugh'n kartoista saamiisi lausekkeisiin

Tulotermin p1 lauseke: & = JA, ! = EI

3

Lähtösignaalin L sisäinen nimi on C1L1

Tulojen summan lauseke: # = TAI

SOP-lauseke

I-SOP-lauseke: ! = EI

Tulotermin p2 lauseke: & = JA, ! = EI

Tulosignaalien nimet



Viiveanalyysi

• Valitse käännösraportti-ikkunan kohdasta Timing Analyzer alakohta tpd

• Taulukosta näet piirin etenemisviiveen kunkin tulosignaalin muutoksesta kunkin lähtösignaalin muutokseen

• esimerkissä kaikki viiveet ovat pituudeltaan 10 ns

3

Työselostus 8


Mitä simulointi on?

• Simuloinnissa tutkitaan piirin käännöksen signaalien arvoja eli vasteita, kun sen tulosignaaleille annetaan erilaisia arvoja eli herätteitä

• Voidaan tutkia

• lähtösignaaleja (signaalin arvo ja viive tulosignaalimuutoksesta)

• piirin sisäisiä signaaleja (tästä saattaa joskus olla hyötyä)

• Simuloinnilla pyritään varmistumaan seuraavista asioista:

• piiri toimii määrittelyn mukaisesti normaaleissa käyttötilanteissa

• piiri toimii hyväksyttävästi poikkeustilanteissa

• Simuloinnin herätetiedosto tehdään aaltomuotoeditorilla (Waveform Editor)

• Simulointi tehdään simulaattorilla (Simulator)

3


Simuloinnin herätetiedoston laadinta 1

• Luo aaltomuotoeditorilla uusi aaltomuototiedosto

File New... tai Verification/Debugging Files Vector Waveform File

• Talleta tyhjä tiedosto heti Quartus II -työhakemistoosiFile Save as...

• anna piirikaavion tiedostonimi, tarkenne .vwf

• esimerkissä ValOhj.vwf

• Etsi simuloitavat signaalit (kaikki tulo- ja lähtösignaalit)Edit Insert Insert Node or Bus…

• varmista, että kohdassa Filter lukee Pins: all tai Pins: unassigned

• napsauta• kaikki tulo- ja lähtösignaalit ilmestyvät vasemmanpuoleiseen ruutuun

• esimerkissä A, HK, L ja Y

3



• Lisää simuloitavat signaalit aaltomuototiedostoon• napsauta• valitsemasi signaalit ilmestyvät oikeanpuoleiseen ruutuun niin, että

signaalinimeä edeltää piirin nimi• esimerkissä |ValOhj|A, |ValOhj|HK, |ValOhj|L ja |ValOhj|Y

• napsauta kahdesti

• Sovita aikaskaala niin, että koko simulointiaika on näkyvissäView Fit in Window

• Järjestä tarvittaessa signaalit uuteen järjestykseen

• napsauta signaalia (muuttuu vaaleansiniseksi), valitse se hiirellä ja vedä uuteen paikkaan

• tulot ylimmiksi niin että ne ovat samassa järjestyksessä kuin totuustaulussa

• lähdöt alimmiksi niin että ne ovat samassa järjestyksessä kuin totuustaulussa

Esimerkki simuloinnin herätetiedostosta on seuraavalla sivulla

3


Simuloinnin herätetiedostoesimerkki 1

• Esimerkki simuloinnin herätetiedostosta (ValOhj.vwf) ennen tulosignaalien aaltomuotojen määrittelyä

Laadintaohjeet jatkuvat seuraavalla sivulla

3

Tulosignaalien arvo on 0

Lähtösignaalin arvo on määrittelemätön



• Tavoitteena on saada simuloinnin herätetiedostoon kaikki tulosignaalien erilaiset yhdistelmät

• Tällöin on esitetty piirin totuustaulu aikakaaviomuodossa

• siitä on helppo nähdä, toimiiko piiri oikein

• Määrittele tulosignaaleille aaltomuodot

• valitse alin tulosignaali (esimerkissä Y) napsauttamalla sen nimeä

• napsauta pystytyökalupalkissa olevaa jaksollisen aaltomuodon määrittelypainiketta

• Count Value -ikkuna aukeaa

• napsauta

• signaalin riville tulee muutoksia 100 ns välein

• valitse suurennus/pienennystyökalu : hiiren vasen painike suurentaa ja oikea painike pienentää

• suurenna kuvaa, kunnes simulointijakso 100 ns on noin 1 cm:n mittainen

3



• Määrittele tulosignaaleille aaltomuodot (jatkuu)

• valitse seuraava tulosignaali (esimerkissä A)

• signaalilla Y on kaksi erilaista arvoa 0 ja 1 A saa muuttua vasta kahden simulointijakson jälkeen

• napsauta jaksollisen aaltomuodon määrittelypainiketta

• Count Value -ikkunan Timing-välilehdellä oleva Multiplied by -kentän arvo määrää, miten monta simulointijaksoa signaali pysyy samassa arvossa ennen muuttumistaan

• se pitää valita niin, että alempi signaali on käynyt läpi kaikki vaihtoehtonsa ennenkuin ylempi muuttuu

• arvo on yleensä jokin kahden kokonainen potenssi

• esimerkissä Y:llä on kaksi erilaista vaihtoehtoa A:n Multiplied by -arvo = 2

• valitse Timing-välilehti

• kirjoita sopiva Multiplied by -arvo

• napsauta

3



• Määrittele tulosignaaleille aaltomuodot (jatkuu)

• valitse seuraava tulosignaali (esimerkissä HK)

• signaalilla A on 2 erilaista arvoa 0 ja 1 HK saa muuttua vasta 2 x 2 = 4:n simulointijakson jälkeen HK:n Multiplied by -arvo = 4

• napsauta jaksollisen aaltomuodon määrittelypainiketta

• valitse Timing-välilehti

• kirjoita sopiva Multiplied by -arvo

• napsauta

• jatka, kunnes olet määritellyt kaikki tulosignaalit

Esimerkki simuloinnin kokonaan määritellystä herätetiedostosta on seuraavalla sivulla

3


Simuloinnin herätetiedostoesimerkki 2

• Esimerkin (ValOhj) simuloinnin herätetiedoston ValOhj.vwf alkuosa, kun kaikki tulosignaalit on määritelty

3

Simulointijakso 100 ns

Kaikki HK:n, A:n ja Y:n arvoyhdistelmät


Simulointi ja sen kattavuus

• Käynnistä simulaattori

Processing Start Simulation tai

• Simulaattori ajaa simulaation ja tekee simulointiraportin

• Simulation Report - Simulation Waveforms -ikkuna aukeaa

• erillinen ikkuna kertoo simuloinnin onnistumisesta tai virheistä

• sulje se napsauttamalla

• Katso sanoma (Messages) -ikkunasta simuloinnin kattavuus (Simulation Coverage) eli se, mikä osa erilaisista tulosignaalivaihtoehdoista on käyty simuloinnissa läpi

• simuloinnin kattavuuden tulee olla 100 %• Valitse aaltomuototiedosto

• esimerkissä ValOhj.vwf

• Quartus II kysyy, päivitetäänkö aaltomuototiedoston simulointitulokset• napsauta

• ellei kysy, simulointi epäonnistui, jolloin simuloi uudelleen

3

Työselostus 9.1


Simulointiesimerkki

• Esimerkin (ValOhj) simulointitiedoston ValOhj.vwf alkuosa, kun simulointi on tehty

Simulointiohjeet jatkuvat seuraavalla sivulla

3

Normaalitoiminta Huoltotoiminta


Simulointituloksen vertailu

• Muuta tarvittaessa aikaskaalaa, kuten edellä on esitetty

• Käy läpi simulointitulos

• vertaa tulosta toiminnan määrittelyyn ja totuustauluihin

• Mikäli tulos vastaa näitä, kaikki on kunnossa

• Ellei simulointitulos vastaa haluttua toimintaa

• etsi poikkeaman syy

• tutki totuustaulusi ja Karnaugh'n karttasi

• selvitä, onko sievennyksessä tullut virhe lausekkeisiin

• käy läpi piirikaavio ja tarkista, että se vastaa lausekkeita

• tee korjaus tai korjauksia tarvittaviin paikkoihin

• käännä piirikaavio uudelleen

• simuloi uudelleen, kunnes saat haluttua toimintaa vastaavan tuloksen

3



Päälohkokaavion piirtämisen valmistelu 1

• Piiri ohjelmoidaan logiikkaverkkoon, joka on harjoitustyöalustassa

• Ohjelmointia varten tarvitaan päälohkokaavio, jossa on määritelty logiikkaverkon liitäntänastojen kytkentä piirisi tulo- ja lähtösignaaleihin

• päälohkokaavion pohja on verkossa opintojakson harjoitustyösivulla Quartus II -arkistona PaaLohko.qar

• Kopioi tiedosto PaaLohko.qar Quartus II -työkansioosi

• Avaa projekti PaaLohko (noudata ohjetta pilkuntarkasti!)• File Open Project…

• Open Project -ikkuna aukeaa

• valitse PaaLohko.qar ja napsauta

• Restore Archived Project -ikkuna aukeaa

• älä hyväksy Quartus II:n ehdottamaa Destination folder: -kansiota PaaLohko_restored, vaan valitse ( ) Destination folder: -kenttään Quartus II -työkansiosi (esimerkissä ValOhj)

4



• Projektin PaaLohko avaaminen jatkuu...

• napsauta Restore Archived Project -ikkunassa

• Quartus II ilmoittaa, että uusi projekti sulkee käynnissä olevan ja kysyy, haluatko jatkaa. Napsauta

• Project Restoration Complete -ikkuna aukeaa. Napsauta

• Open Project -ikkuna aukeaa. Valitse PaaLohko.qpf ja napsauta

• mikäli saat Fatal Error -virheilmoituksen, napsauta

• Quartus II sulkeutuu

• käynnistä Quartus II uudelleen

• avaa projekti PaaLohko.qpf • File Open Project… PaaLohko.qpf

4



• Lisää laatimasi piirikaavio ja sen simulointitiedosto PaaLohko-projektiinProject Add/Remove Files in Project... Settings - PaaLohko Files

• napsauta

• Select File -ikkuna aukeaa

• valitse ikkunan alalaidasta tiedostotyypiksi All files (*.*)

• valitse piirikaaviosi ja piirin simulointitiedosto (pidä Ctrl alhaalla)

• esimerkissä ValOhj.bdf ja ValOhj.wvf

• napsauta

• napsauta Files-ikkunassa

4


Päälohkokaavioesimerkki

Päälohkokaavion piirtämisohjeet alkavat seuraavalta sivulta

4


Päälohkokaavion piirtäminen 1

• Avaa piirikaaviosi ikkunaProject Navigator-ikkuna Files-välilehti

• kaksoisnapsauta piirikaaviosi nimeä (esimerkissä ValOhj.bdf)

• Luo piirikaaviolle lohkosymboliFile Create / Update Create Symbol Files for Current File

• varmista, että symbolitiedosto (esimerkissä ValOhj.bsf) tallentuu työkansioosi

• napsauta ja

• Valitse aktiiviseksi välilehti, jossa päälohkokaavio PaaLohko.bdf on

• Valitse kirjoitustyökalu ja muuta piirustusalustan vasemman yläkulman seuraavat tiedot vastaamaan omaa työtäsi

Työaiheesi numero ja nimi

Nimesi ja opiskelijanumerosi

Opiskelijaryhmäsi

Päivämäärä

4


Päälohkokaavion piirtäminen 2

• Nouda piirikaaviosi symboli

• kaksoisnapsauta hiirellä piirustusalustaa tai valitse

• valitse piirikaaviosi symboli kirjastosta Project (napsauta )

• Napsauta ja sijoita symboli tulo- ja lähtöliittimien väliin

• Älä poista ylimääräisiä tulo- tai lähtöliittimiä

• Älä muuta tuloliittimissä olevia signaalinimiä S1, S2 ... S8 äläkä lähtöliittimissä olevia signaalinimiä D1, D2 ... D8

• Yhdistä lohkosymbolin tulosignaalit tuloliittimiin S1:stä alkaen

• Jätä käyttämättä jäävät S-signaalit kytkemättä

• Yhdistä lohkosymbolin lähtösignaalit lähtöliittimiin D1:stä alkaen

• Kytke käyttämättä jäävät lähtöliittimet maasymboliin (GND)

Katso päälohkokaavioesimerkkiä sivulta 41

4


Päälohkokaavion määrittely päätason suunnitteluyksiköksi ja käännös


• Valitse tiedosto PaaLohko.bdf

• Määrittele se päätason suunnitteluyksiköksiProject Set as Top-Level Entity



4


• Tilanneikkuna näyttää käännöksen eri vaiheet ja niiden suoritusasteen

• Sanomaikkuna ilmoittaa käännöksen etenemisestä sekä antaa tarvittaessa varoituksia ja virheilmoituksia

• seuraavantyyppisiä varoituksia saat; niistä ei yleensä tarvitse välittää:

• Korjaa virheet, jos niitä on

• Käännä uudelleen, kunnes käännös on virheetön

• Liitä päälohkokaavio työselostukseen

Käännös 24

Työselostus 10

Maahan kytketyt lähdöt

Käyttämättömät tulot


Projektin arkistointi ja arkiston liittäminen työselostukseen

• Projektin arkistotiedosto sisältää yhtenä pakattuna tiedostona projektin keskeiset tiedostot

• Projekti voidaan tarvittaessa käynnistää arkistotiedostosta

• Arkistotiedostoa käytetään harjoitustyön arvioinnissa

• Arkistoi projekti

• Valitse Project-valikosta projektin arkistointiProject Archive Project…

• Archive Project -ikkuna aukeaa

• Kirjoita kohtaan Archive file name: paalohko (se todennäköisesti on siinä jo valmiiksi)

• Napsauta ja

• Liitä arkisto työselostukseen siinä esitetyllä tavalla

4

Työselostus 11


Testaussuunnitelman laatiminen

• Muokkaa totuustaulustasi testaussuunnitelma

• Testaussuunnitelmaesimerkki on alla (ValOhj)

4

Työselostus 12

Heräte eli tulosignaalien arvot

Vaste eli lähtösignaalien arvot

Täytetään vasta testattaessa

Odotettu vaste Todellinen vaste OK/Ei OK TestaajaHK A Y L LS3 S1 S2 D1 D10 0 0 00 0 1 10 1 0 10 1 1 01 0 0 11 0 1 11 1 0 11 1 1 1

Heräte

Signaalinnimi

Kytkimentai

valodiodintunnus


Ohjelmoinnin valmistelu

• [Kopioi Quartus II -työkansiosi sisältö muistitikulle] Ei tarvitse kopioida.• [Siirry tietokoneelle, jossa on ohjelmointikaapeli (eturivissä)] Ei tarvitse siirtyä.

• Käynnistä Quartus II (ellei jo ole käynnissä)

• Varmista, että IECSymbols on valittu käyttäjäkirjastoksi (katso sivua 15)

• Avaa PaaLohko-projekti Quartus II -työkansiostasiFile Open Project... PaaLohko.qpf


• Valitse tiedosto PaaLohko.bdf

• Määrittele se päätason suunnitteluyksiköksiProject Set as Top-Level Entity



• Totea käännöksen onnistuminen

• vain sallitut varoitukset (katso sivua 45)

• tulo- ja lähtöliittimien päissä ovat liitäntänastojen numerot

4


Harjoitustyöalustaan tutustuminen

• Tutustu harjoitustyöalustaan

Valodiodit D1-D8 (lähtösignaalit)

Ohjelmoi-tava

logiikka-verkko

(PLD-piiri)

Virtalähde-liitin

Rinnakkais-liitin

(ohjelmointirinnakkais-

liitäntä-kaapelilla)

4

JTAG-liitin(ohjelmointi

USB-Blasterilla)

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

Kytkimet S1-S8 (tulosignaalit)Eivät käytössä


Ohjelmoitavan logiikkaverkon ohjelmointi

• Liitä harjoitustyöalusta tietokoneeseen USB-Blasterilla (Terasic Blaster) niin, että lattakaapelin punainen reuna on ylöspäin

• Kytke sähkö harjoitustyöalustaan

• Tarkasta, että vihreä valodiodi palaa

• Käynnistä ohjelmointiTools Programmer tai

• Tarkasta, että aukeavan ohjelmointivälilehden ylimmässä kentässä lukee USB-Blaster [USB-0]

• jos lukee No Hardware, napsauta

• valitse kohtaan Hardware type: USB-Blaster [USB-0] ja napsauta

• Tarkasta, että

• kohdassa File on tiedostonimi PaaLohko.pof

• kohdassa Device on piirin tyyppi EPM3064AL44

• elleivät ole, poista tiedosto ja lisää PaaLohko.pof

• Rastita Program/Configure ja Verify

• Napsauta

4


Toiminnan testaus

• Irroita virtaliitin harjoitustyöalustasta

• Irroita USB-Blaster harjoitustyöalustasta

• Liitä virtaliitin uudelleen harjoitustyöalustaan

• Testaa toiminta

• anna kytkimillä testaussuunnitelman mukaiset herätteet eli tulosignaalien arvot

• katso valodiodeista vasteet eli lähtösignaalien arvot

• täydennä testaussuunnitelman kopio testiraportiksi

• lisää todelliset vasteet

• lisää OK/Ei OK -maininta (Ei OK, jos todellinen vaste eroaa odotetusta vasteesta)

• lisää testaajan puumerkki

Testiraporttiesimerkki (ValOhj) on seuraavalla sivulla

• Täytä lopuksi selostuksen kohdat 1-3 ja sijoita se Tuubiin

4


Työselostus 1-3


Testiraporttiesimerkki

Lisätään harjoitustyöalustasta havaituttodelliset vasteet, OK/Ei OK -merkinnät

ja testaajan puumerkki

4

Odotettu vaste Todellinen vaste OK/Ei OK TestaajaHK A Y L LS3 S1 S2 D1 D10 0 0 0 0 OK Fe0 0 1 1 1 OK Fe0 1 0 1 1 OK Fe0 1 1 0 0 OK Fe1 0 0 1 1 OK Fe1 0 1 1 1 OK Fe1 1 0 1 1 OK Fe1 1 1 1 1 OK Fe

Heräte


Entä jos tulee ongelmia? - yleistä

• Tarkista perusasiat

• oletko luonut tai avannut projektin?

• onko projektin päätiedostoksi määritelty käsiteltävä tiedosto?

• onko oikea ikkuna valittuna? (valikko muuttuu sovellusta vastaavaksi)

• onko oikea työkalu valittuna? (pystyrivin valikko)

• oletko kääntänyt piirikaavion tai päälohkokaavion uudelleen muutosten jälkeen?

• Käytä Quartus II:n erilaisia aputoimintoja

• Help-valikon eri vaihtoehdot, erityisesti How to Use Help

• Help-ikkuna -painikkeella

• täsmäapu painamalla F1

• Tee yhteistyötä: kysy naapurilta, häneltä voi löytyä ratkaisu

• ATK-luokassa: hälytä Ferro paikalle, ellei muu auta

• Lähetä Ferrolle sähköpostia (muista kuvata ongelma riittävän tarkasti) tai käytä työtilan keskustelupalstaa Tuubissa


Entä jos tulee ongelmia? - virheilmoitusvinkkejä 1

• Piirikaavion tarkastuksessa tai käännöksessä tulee virheilmoitus

Error: Node instance "instx" instantiates undefined entity "yyy-iec"

Syy: IECSymbols-symbolikirjastoa ei ole määritelty käyttäjäkirjastoksi

Tee: sivun 15 mukaiset alkuasetukset

• Piirikaavion tarkastuksessa tai käännöksessä tulee virheilmoitus Error: Net "xxx_tempz", which fans out to "yyy", cannot be assigned more than one value

Syy 1: olet piirtänyt signaaliviivan jonkin symbolin tai sen kehyksen päälletai kehyksen reunaviivaa pitkin

Tee: poista viiva, väljennä tarvittaessa piirikaaviota ja piirrä viiva uudel-leen toiseen paikkaan

Syy 2: olet yhdistänyt kaksi tulo- tai lähtösignaalia suoraan keskenään

Tee: poista yhdistäminen ja korvaa se tarvittaessa sopivalla portilla


Entä jos tulee ongelmia? - virheilmoitusvinkkejä 2

• Piirikaavion tarkastuksessa tai käännöksessä tulee virheilmoitus Error: Port "X" of type yyy-iec of instance "instz" is missing source signal

Syy: yyy-portti, jonka numero (vas. alakulm.) on z, ei saa tulosignaalia

Tee: kytke kaikki porttien tulot joko tuloliittimeen, portin lähtöön, kiinteään

nollaan (GND) tai kiinteään ykköseen (VCC)

• Piirikaavion tarkastuksessa tai käännöksessä tulee toinen tai molemmat seuraavista varoituksista

Warning: Output pins are stuck at VCC or GNDWarning: Design contains X input pin(s) that do not drive logic

Syy: jokin tulo on jätetty kytkemättä tai piirikaaviossa on virhe

Tee: laajenna virheilmoitus, jolloin näet tarkemmat tiedot, ja kytke kaikki tai korjaa piirikaavio

Huom! Päälohkokaavion käännöksessä tällainen varoitus tulee maahan tarkoituksella kytketyistä lähdöistä tai käyttämättä jääneistä tuloistaeikä siitä silloin tarvitse välittää


Entä jos tulee ongelmia? - erityisvinkkejä

• Jos painikkeet ovat harmaita etkä voi valikoistakaan valita piirikaavion tarkastusta tai käännöstä, et ole luonut tai avannut projektia. Tee se!

• Jos hukkaat piirikaaviosi tai aaltomuotoeditori näyttää vain samaa arvoa koko alueella, kokeile View Fit in Window

• Mikäli työtilasta häviävät välilehtien valintaliuskat, valitse Tools Options Category: General

• Jos kaikki tuntuu menevän pieleen eikä mikään toimi

• sulje Quartus II

• poista Quartus II -työkansiosta tietokanta (kansiot db ja incremental-db) ja kaikki muut kuin .qpf-, .qsf-, .bdf-, .bsf- ja .vwf-tiedostot

• sulje ja uudelleenkäynnistä tietokone

• käynnistä Quartus II, avaa projekti ja aloita uudelleen

Kombinaatiopiirin suunnittelu ja toteutus

Documents

Transcript of Kombinaatiopiirin suunnittelu ja toteutus