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Hardware-Entwurf mit VHDL

Hardware-Entwurf mit VHDL

Hardware-Entwurf mit VHDL Prof. Dr.-Ing. Stefan Wolter Inhaltsverzeichnis Kapitel 1 Einleitung Elektrotechnik und Informatik 1.1 Motivation..................................................................................................................................... 1 1.2 Entwurfsrepräsentationen ............................................................................................................. 2 1.3 Überblick über Entwurfsabläufe ................................................................................................... 5 Kapitel 2 VHDL-Grundlagen 2.1 Einleitung...................................................................................................................................... 7 2.2 Grundkonzepte.............................................................................................................................. 8 2.3 Allgemeiner Sprachaufbau.......................................................................................................... 17 2.4 Kommentare, Bezeichner, Schlüsselwörter und Größen ............................................................ 18 2.5 Objekte und Datentypen ............................................................................................................. 22 2.6 Attribute ...................................................................................................................................... 37 2.7 Operanden und Operatoren ......................................................................................................... 43 2.8 Strukturale Modellierung ............................................................................................................ 50 2.8.1 Komponentendeklaration................................................................................................... 50 2.8.2 Komponenteninstantiierung ............................................................................................... 51 2.8.3 Konfiguration ..................................................................................................................... 59 2.9 Verhaltensmodellierung.............................................................................................................. 64 2.9.1 Einführendes Beispiel ....................................................................................................... 64 2.9.2 Nebenläufige Anweisungen ............................................................................................... 65 2.9.3 Sequentielle Anweisungen................................................................................................. 73 2.9.4 Unterprogramme ................................................................................................................ 82 2.10 Dateien ...................................................................................................................................... 88 Kapitel 3 VHDL-Simulation 3.1 Einleitung.................................................................................................................................... 89 3.2 Validierung mit einer Testbench................................................................................................. 90 3.3 Stimuliprogrammierung und Antwortkontrolle .......................................................................... 96 INHALTSVERZEICHNIS I

Hardware-Entwurf mit VHDL Prof. Dr.-Ing. Stefan Wolter Elektrotechnik und Informatik 3.4 Testbenches mit Datei Ein- und Ausgabe................................................................................. 103 3.4.1 Definition von Datei-Datentypen und Deklaration von Dateien .................................... 103 3.4.2 Zugriff auf typspezifische Dateien................................................................................... 105 3.4.3 Textdateien und Zugriff auf Textdateien ......................................................................... 106 Kapitel 4 Weitere Datentypen und zugehörige Packages 4.1 Datentyp std_ulogic und abgeleitete Datentypen ..................................................................... 111 4.2 Datentypen unsigned und signed .............................................................................................. 115 4.3 Operatoren für std_logic_vector, unsigned und signed ............................................................ 116 4.4 Zusammenstellung der wichtigsten Anwendungen ................................................................. 118 Kapitel 5 Überblick zur Hardware-Synthese 5.1 Synthesearten ............................................................................................................................ 119 5.2 Syntheseaufgaben ..................................................................................................................... 123 Kapitel 6 VHDL-Synthese 6.1 Synthesefähige Sprachkonstrukte ............................................................................................. 128 6.2 Einflüsse auf das Syntheseergebnis .......................................................................................... 129 6.3 Synthese kombinatorischer Schaltungen .................................................................................. 131 6.3.1 AND-OR-Gatter............................................................................................................... 132 6.3.2 Multiplexer....................................................................................................................... 133 6.3.3 Paritätsgenerator............................................................................................................... 136 6.3.4 Addierer ........................................................................................................................... 138 6.3.5 Tri-State-Logik................................................................................................................. 141 6.4 Synthese sequentieller Schaltungen.......................................................................................... 143 6.4.1 Flip-Flops ......................................................................................................................... 143 6.4.2 Ungewollte Latches.......................................................................................................... 146 6.4.3 Register ............................................................................................................................ 147 6.4.4 Zähler ............................................................................................................................... 149 6.5 Synthese von endlichen Automaten.......................................................................................... 150 6.5.1 Zwei- und Drei-Prozessmodell ........................................................................................ 151 6.5.2 Varianten von Moore- und Mealy-Automaten................................................................. 155 6.5.3 VHDL-Modelle für einen Beispielautomaten.................................................................. 157 6.5.4 Zustandscodierung .......................................................................................................... 170 INHALTSVERZEICHNIS II

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