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Im Folgenden sollen Teile einer Architecture zur Modellierung des Write Buffers in VHDL entwickelt werden. Bild 4 zeigt die Struktur des Write Buffers in Form zweier miteinander kommunizierender Prozesse Process S und Process B. clk res_n p_wreq p_wa p_wd 16 8 Process B buffer_mem Process S hit hit_index remove Bild 4 Interne Struktur eines Teils des Write Buffers Die Entity des Write Buffers mit den in Bild 1 dargestellten Ports sei gegeben. Gehen Sie davon aus, dass die Deklarationen aus Frage 1 und Frage 2 sowie die Deklarationen aller in Bild 4 dargestellten Signale im Deklarationsteil der Architecture bereits enthalten sind. Gehen Sie weiter davon aus, dass die in Bild 4 dargestellten Ports vom Typ std_logic bzw. vom Typ std_logic_vector sind. Frage 4 a) Implementieren Sie eine Funktion is_valid, die für eine als Parameter übergebene Zeile vom Typ line_type nur dann TRUE zurückgibt, wenn mindestens ein Byte gültig ist. b) Kann die Funktion is_valid als pure function deklariert werden? Begründen Sie Ihre Antwort. c) Eine Prozedur invalidate soll alle Valid-Bits einer Zeile auf FALSE setzen. Der Index der Zeile innerhalb des Write Buffers werde der Prozedur als Parameter übergeben. Wo muss diese Prozedur deklariert werden, damit das Signal buffer_mem nicht als Parameter übergeben werden muss? d) Implementieren Sie die Prozedur invalidate. Der Pufferspeicher wird in Form eines Ringpuffers verwaltet. Eine Variable rindex verweise auf die älteste Zeile, die Variable windex auf die der jüngsten Zeile folgende Zeile, d.h. auf die erste freie Zeile. Beim Entfernen einer Zeile muss demzufolge rindex erhöht werden, beim Hinzufügen einer Zeile entsprechend windex. Beachten Sie, dass die Operationen auf windex und rindex "modulo CAPACITY" erfolgen müssen. Eine boolesche Variable empty zeige an, ob der Write Buffer leer ist. Der Einfachheit halber sollen Schreibversuche bei vollem Write Buffer keine Auswirkung auf seinen Inhalt haben. Aufgabe 2 Seite 8
Frage 5 a) Warum ist die Variable empty neben den Variablen windex und rindex erforderlich, wenn es möglich sein soll, alle Zeilen des Write Buffers gleichzeitig zu nutzen? b) Beginnen Sie damit, Process B (vgl. Bild 4) zu implementieren. Betrachten Sie dabei zunächst Schreibzugriffe. Gehen Sie weiter davon aus, dass ein Schreibzugriff eine neue Zeile erfordert, d.h. schließen Sie die Fälle Write Merge und Update (vgl. Frage 3) vorerst aus. Hinweis: Beachten Sie dabei, dass Sie die Variable empty sowohl auswerten als auch ggf. ändern müssen. c) Ergänzen Sie Process B um Lesezugriffe. Ein Lesezugriff entferne die älteste Zeile aus dem Write Buffer und erfolge immer dann, wenn zur steigenden Taktflanke das Signal remove (vgl. Bild 4) aktiv ist. Hinweis: Die Weiterverarbeitung der gelesenen Daten werde im Rahmen dieser Aufgabe nicht betrachtet. Um bei einem Schreibzugriff die Fälle Write Merge und Update zu erkennen, muss geprüft werden, ob der Write Buffer zu ergänzende oder zu aktualisierende Einträge enthält. Dazu diene Process S. Frage 6 Frage 7 Implementieren Sie Process S vollständig. Nutzen Sie die Signale hit und hit_index (vgl. Bild 4) mit jeweils geeignetem Typ, um Process B vom Ergebnis der Überprüfung zu informieren. Ergänzen Sie Process B nun um die Fälle Write Merge und Update. Aufgabe 2 Seite 9
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Seite 3 und 4: Um das Verhalten des Synchronisatio
Seite 5 und 6: Es soll nun eine Lösung betrachtet
Seite 7: Bild 3 zeigt, dass der Write Buffer

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