X. Übungsblatt – Aufgabe X In dieser Aufgabe soll ein synchron getakteter Steuerungsautomat für...
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X. Übungsblatt – Aufgabe X In dieser Aufgabe soll ein synchron getakteter Steuerungsautomat für den in Abbildung 1 dargestellten Prozessor-Chip mit geringem Energieverbrauch in VHDL beschrieben werden: • Wenn das Gerät eingeschaltet wird, befindet sich der Steuerautomat im Anfangszustand idle . • Ansonsten funktioniert die Steuerung gemäß folgendem Zustandsdiagramm: Übung zu Grundlagen der Technischen Informatik
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X. Übungsblatt – Aufgabe X
In dieser Aufgabe soll ein synchron getakteter Steuerungsautomat für den in Abbildung 1 dargestellten Prozessor-Chip mit geringem Energieverbrauch in VHDL beschrieben werden:• Wenn das Gerät eingeschaltet wird, befindet sich der
Steuerautomat im Anfangszustand idle.• Ansonsten funktioniert die Steuerung gemäß folgendem
Zustandsdiagramm:
Übung zu Grundlagen der Technischen Informatik
X. Übungsblatt – Aufgabe X• Ansonsten funktioniert die Steuerung gemäß folgendem
Zustandsdiagramm:
Übung zu Grundlagen der Technischen Informatik
X. Übungsblatt – Aufgabe X
a) Geben Sie die Schnittstellenbeschreibung des abgebildeten Automaten in Form einer Entity in VHDL an. Überlegen Sie zuerst, ob Signale Ein- oder Ausgabesignale, bzw. intern oder extern sind.Hinweis: Alle Ein- bzw. Ausgangssignale nehmen nur die
Binärwerte 0 oder 1 an.b) Geben Sie eine Implementierung des Automaten (siehe
Abbildung) in Form einer VHDL Architecture-Beschreibung an. (Die Verwendung von IEEE-Libraries kann weggelassen werden.)
Übung zu Grundlagen der Technischen Informatik
X. Übungsblatt – Aufgabe X
a) Geben Sie die Schnittstellenbeschreibung des abgebildeten Automaten in Form einer Entity in VHDL an. Überlegen Sie zuerst, ob Signale Ein- oder Ausgabesignale, bzw. intern oder extern sind.Hinweis: Alle Ein- bzw. Ausgangssignale nehmen nur die
Binärwerte 0 oder 1 an.
Übung zu Grundlagen der Technischen Informatik
X. Übungsblatt – Aufgabe X
entity PCU is port (
o_isolate: out std_logic;o_connect: out std_logic;
i_new_job: in std_logic;i_suspend: in std_logic;i_no_job: in std_logic;i_wake_up: in std_logic;
--Synchroner Automat => clk;i_clk: in std_logic;i_rst: in std_logic);
end entity PCU;Übung zu Grundlagen der Technischen Informatik
X. Übungsblatt – Aufgabe X
b) Geben Sie eine Implementierung des Automaten (siehe Abbildung) in Form einer VHDL Architecture-Beschreibung an. (Die Verwendung von IEEE-Libraries kann weggelassen werden.)
Übung zu Grundlagen der Technischen Informatik
X. Übungsblatt – Aufgabe X
architecture PCU_RTL of PCU is
-- internal signal for output portssignal s_o_isolate: std_logic;signal s_o_connect: std_logic;
-- Zustaende:type state_type is(IDLE, RUNNING, SAVE_STATE, POWER_DOWN, SLEEPING, WAKE_UP, POWER_UP, RESTORE_STATE);signal s_current_state: state_type;
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X. Übungsblatt – Aufgabe X
beginFSM: process (i_clk, i_rst)
variable v_s_state_next: state_type;begin
if (i_rst = ‘1‘) thens_current_state <= IDLE;v_s_state_next := IDLE;s_o_isolate <= ‘0‘;s_o_connect <= ‘1‘;
elsif (rising_edge(i_clk)) then………
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X. Übungsblatt – Aufgabe X
elsif (rising_edge(i_clk)) thencase (s_current_state) is
when IDLE => …when RUNNING => …when SAVE_STATE => …when POWER_DOWN => …when SLEEPING => …when WAKE_UP => …when POWER_UP => …when RESTORE_STATE => …when others => …
end case;……
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X. Übungsblatt – Aufgabe X
when IDLE =>if (i_new_job = ‘1‘) then
v_s_state_next := RUNNING;
elsif (i_no_job = ‘1‘) thenv_s_state_next :=
POWER_DOWN;else
v_s_state_next := IDLE;end if;
when RUNNING => …when SAVE_STATE => …when POWER_DOWN => …when SLEEPING => …when WAKE_UP => ……Übung zu Grundlagen der Technischen Informatik
X. Übungsblatt – Aufgabe X
when IDLE => …when RUNNING =>
if (i_new_job = ‘1‘) thenv_s_state_next := RUNNING;
elsif (i_suspend = ‘1‘) thenv_s_state_next :=
SAVE_STATE;else
v_s_state_next := RUNNING;end if;
when SAVE_STATE => …when POWER_DOWN => …when SLEEPING => …when WAKE_UP => ……
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X. Übungsblatt – Aufgabe X
when IDLE => …when RUNNING =>when SAVE_STATE =>
v_s_state_next := POWER_DOWN;when POWER_DOWN =>
s_o_isolate <= ‘1‘;s_o_connect <= ‘0‘;v_s_state_next := SLEEPING;
when SLEEPING => …when WAKE_UP => …when POWER_UP => …when RESTORE_STATE => …when others => ……
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X. Übungsblatt – Aufgabe X
when IDLE => …when RUNNING =>when SAVE_STATE =>when POWER_DOWN => when SLEEPING =>
if (i_wake_up = ‘1‘ OR i_new_job = ‘1‘) then
v_s_state_next := WAKE_UP;else
v_s_state_next := SLEEPING;end if;
when WAKE_UP => …when POWER_UP => …when RESTORE_STATE => ……
Übung zu Grundlagen der Technischen Informatik
X. Übungsblatt – Aufgabe X
when IDLE => …when RUNNING =>when SAVE_STATE =>when POWER_DOWN => when SLEEPING =>when WAKE_UP =>
v_s_state_next := POWER_UP;when POWER_UP =>
s_o_connect <= ‘1‘;v_s_state_next := RESTORE_STATE;
when RESTORE_STATE =>v_s_state_next := IDLE;
when others => ……
Übung zu Grundlagen der Technischen Informatik
X. Übungsblatt – Aufgabe X
when IDLE => …when RUNNING =>when SAVE_STATE =>when POWER_DOWN => when SLEEPING =>when WAKE_UP => …when POWER_UP => …when RESTORE_STATE => …when others =>
s_o_isolate <= ‘0‘;s_o_connect <= ‘1‘;v_s_state_next := IDLE;
end case;…
Übung zu Grundlagen der Technischen Informatik
X. Übungsblatt – Aufgabe X
elsif (rising_edge(i_clk)) thencase (s_current_state) is
……
end case;-- Setze den naechsten Zustand:s_current_state <= v_s_state_next;
end if;end process FSM;
-- assign internal signals to portso_isolate <= s_o_isolate;o_connect <= s_o_connect;end architecture PCU_RTL;
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X. Übungsblatt – Aufgabe X
c) Welche zusätzliche spezielle VHDL-Beschreibung wird benötigt, um den Automaten mit einem Simulationsprogramm zu simulieren?
d) Welche Signale müssen in der speziellen Beschreibung aus Teilaufgabe c) unbedingt gesetzt bzw. initialisiert werden?
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X. Übungsblatt – Aufgabe X
c) Welche zusätzliche spezielle VHDL-Beschreibung wird benötigt, um den Automaten mit einem Simulationsprogramm zu simulieren?
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X. Übungsblatt – Aufgabe X
c) Welche zusätzliche spezielle VHDL-Beschreibung wird benötigt, um den Automaten mit einem Simulationsprogramm zu simulieren?
→ Testbench-Datei
Übung zu Grundlagen der Technischen Informatik
X. Übungsblatt – Aufgabe X
c) Welche zusätzliche spezielle VHDL-Beschreibung wird benötigt, um den Automaten mit einem Simulationsprogramm zu simulieren?
→ Testbench-Datei
d) Welche Signale müssen in der speziellen Beschreibung aus Teilaufgabe c) unbedingt gesetzt bzw. initialisiert werden?
Übung zu Grundlagen der Technischen Informatik
X. Übungsblatt – Aufgabe X
c) Welche zusätzliche spezielle VHDL-Beschreibung wird benötigt, um den Automaten mit einem Simulationsprogramm zu simulieren?
→ Testbench-Datei
d) Welche Signale müssen in der speziellen Beschreibung aus Teilaufgabe c) unbedingt gesetzt bzw. initialisiert werden?
→ Clock und Reset
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