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1 ENSSAT - Université de Rennes 1 - France - Année universitaire 2003 - 2004 Su

1 ENSSAT - Université de Rennes 1 - France - Année universitaire 2003 - 2004 Support de cours D.Chillet Daniel.Chillet@enssat.fr http://r2d2.enssat.fr VHDL 2 ENSSAT - Université de Rennes 1 - France - Année universitaire 2003 - 2004 Qu'est ce que ça veut dire ? Vhsic Hardware Description Language Vhsic : Very High Speed Integrated Circuit Langage de description de systèmes matériels 3 ENSSAT - Université de Rennes 1 - France - Année universitaire 2003 - 2004 VHDL Plan 1 ) Introduction : motivations, historique 2 ) Méthode de conception: modèles de description 3 ) Unités de conception : entité, architecture, configuration, paquetage, corps de paquetage 4 ) Les objets : signaux, types, sous types 5 ) Les éléments du langage : opérateurs, procédures, fonctions, affectations 6 ) Instructions concurrentes : processus, blocs 7 ) La généricité 8 ) La fonction de résolution 9 ) Simulation et validation, réalisation d’un composant de test 10 ) Exemples : paquetage standard et exemples de codes VHDL 4 ENSSAT - Université de Rennes 1 - France - Année universitaire 2003 - 2004 Introduction 5 ENSSAT - Université de Rennes 1 - France - Année universitaire 2003 - 2004 1) Introduction q Un HDL, qu’est ce que c'est ? Ø moyen de décrire un système matériel : ü qu’est qu’un système matériel ? • en général, il s’agit d’un schéma mettant en œuvre : – un certain nombre de composants – des connexions entre composants C1 C2 C3 C4 6 ENSSAT - Université de Rennes 1 - France - Année universitaire 2003 - 2004 1) Introduction Ø les niveaux de description peuvent être variables : ü niveau logique ü niveau transfert de registres ü niveau système A B S * + 7 ENSSAT - Université de Rennes 1 - France - Année universitaire 2003 - 2004 1) Introduction q Un HDL, doit : Ø permettre la modélisation du système : ü formalisation du problème ü à partir de briques de base ü éviter les descriptions ambiguë Ø faciliter la documentation du système : ü VHDL est très verbeux !!! 8 ENSSAT - Université de Rennes 1 - France - Année universitaire 2003 - 2004 1) Introduction Ø la validation du système : ü prouver le fonctionnement du système décrit ü simulation : • une structure schématique ne peut être simulée que si on connaît le comportement de chacun des sous systèmes C1 C2 C3 C4 9 ENSSAT - Université de Rennes 1 - France - Année universitaire 2003 - 2004 1) Introduction Ø suivre la conception du système : ü si possible pas de changement de langage à chaque étape de conception Portes Registres Architecture Système Circuit Silicium 10 ENSSAT - Université de Rennes 1 - France - Année universitaire 2003 - 2004 1) Introduction Comportemental Portes Registres Architecture Système Circuit Silicium Schémas Outils de synthèse de haut niveau Description HDL Equations booléennes Objets géométriques ??? Structurel ü Outils et objets manipulés 11 ENSSAT - Université de Rennes 1 - France - Année universitaire 2003 - 2004 1) Introduction Structurel Comportemental Silicium Objets géométriques ??? Portes Registres Architecture Système Circuit Schémas Outils de synthèse de haut niveau Description HDL Equations booléennes VHDL 12 ENSSAT - Université de Rennes 1 - France - Année universitaire 2003 - 2004 1) Introduction q Motivations pour une approche méthodologique : Ø évolutions technologiques rapprochées : ü la durée de vie des équipements est supérieure au laps de temps entre 2 technologies : • donc les systèmes doivent pouvoir supporter une évolution technologique ü se lier à une technologie dès la phase de conception peut conduire à mettre sur le marché un produit déjà dépassé Ø indépendance vis à vis des fournisseurs : ü se lier à un fournisseur dès la phase de conception peut conduire à revoir toute la conception si les composants ne sont plus disponibles Ø besoin de standardisation Ø nécessité de moyen de description non ambiguë des systèmes matériel : ü début des années 80 13 ENSSAT - Université de Rennes 1 - France - Année universitaire 2003 - 2004 1) Introduction q Rapide historique : Ø DOD en 81: effort de normalisation entre 83 et 87 ü département de la défense Américaine Ø Normalisation IEEE en 87 (IEEE 1076) : ü efforts de normalisation : Intermetrics, IBM, Texas instrument Ø Le langage est proche de ADA : ü références constantes ü ADA a été normalisé définitivement en 83 Ø Nouvelle norme en 93 Ø Nouvelle normalisation autour de VHDL analogique : ü VHDL AMS ü pourquoi ? • demande en simulation analogique et en simulation mixte 14 ENSSAT - Université de Rennes 1 - France - Année universitaire 2003 - 2004 1) Introduction q VHDL : Ø ne vise pas une exécution, il est utilisé pour : ü la simulation ü la synthèse ü la spécification ü la documentation VHDL Langage de synthèse Langage de documentation Langage de simulation Langage de modélisation 15 ENSSAT - Université de Rennes 1 - France - Année universitaire 2003 - 2004 1) Introduction Ø la brique de base est le composant ou l'entité : ü tout système est bâti à partir de cette brique. ü dans les langages de programmation les briques de base sont les procédures et les fonctions : • la procédure est appelée puis oubliée : – activation explicite • le composant existe en soi : – activation implicite par événements sur ses entrées main() { ... resultat = Factorielle(x) … } Factorielle x resultat 16 ENSSAT - Université de Rennes 1 - France - Année universitaire 2003 - 2004 1) Introduction Ø fonctionnement concurrent des composants : ü si a et b évoluent en même temps, alors les composants c1 et c2 ont un fonctionnement parallèle (concurrent) Ø notion de signal : ü connexion des composants entre eux Ø la notion de temps est gérée : ü prise en compte des contraintes réel du matériel : • temps de traversée, • de calcul, • etc. C1 C2 a s1 b s2 C3 C4 s3 e1 e2 s 2 ns 17 ENSSAT - Université de Rennes 1 - France - Année universitaire 2003 - 2004 1) Introduction q Les avantages de VHDL : Ø indépendant du constructeur Ø indépendant de la technologie Ø indépendant de la démarche Ø indépendant du niveau de conception Ø ØStandard IEEE : Standard IEEE : ü reconnu par les vendeurs d’outils CAO ü grand nombres de bibliothèques : • d’opérateurs • de composants • de fonction ü nombreux outils : • compilateur, simulateur • mais aussi des outils de synthèse et de spécification Portabilité 18 ENSSAT - Université de Rennes 1 - France - Année universitaire 2003 - 2004 1) Introduction 1076.1 1076.2 1076.3 1076.4 1076.5 1076 VHDL 1164 STD LOGIC Définition du langage : - version 1076-87 - version 1076-93 Package définissant les niveaux logique nécessaire pour la description des systèmes électronique Utilisé par tous les constructeurs et par tous les outils Dans le langage : • définition du type bit : • bit ('0' , '1') • un peu juste 19 ENSSAT - Université de Rennes 1 - France - Année universitaire 2003 - 2004 1) Introduction q VHDL : Ø Langage moderne, puissant, général : ü jeu d’instructions complet et très riche ü fort typage des données ü compilation séparée des entités q Développement parallèle facilité : Ø travail d’équipe : ü découpage en unités de conception ü développement et validation parallèle ü nécessite de bien identifier les interfaces entre les blocs fonctionnels q Simulation du système : Ø à tous les niveaux : ü cahier des charges !!! ü modèles ü réalisation Erreurs découvertes au plus tôt dans le cycle de conception 20 ENSSAT - Université de Rennes 1 - France - Année universitaire 2003 - 2004 1) Introduction Description informelle Spécification en VHDL Synthèse 1 ère année : - modélisation - simulation 2 ème année : - modélisation - simulation - synthèse 21 ENSSAT - Université de Rennes 1 - France - Année universitaire 2003 - 2004 Méthodes de conception 22 ENSSAT - Université de Rennes 1 - France - Année universitaire 2003 - 2004 2) Méthodes de conception q Descendante : Ø on part du besoin et descend jusqu'au niveau physique Ø généralement, on s'arrête au niveau d'une bibliothèque : ü d'opérateurs logiques ü d'opérateurs arithmétiques ü d'opérateurs plus complexes q Ascendante : Ø on part d'une bibliothèque pour remonter, par assemblage, au système à concevoir Ø la bibliothèque est décrite à un niveau: ü opérateurs logiques ü opérateurs arithmétiques ü opérateurs plus complexes 23 ENSSAT - Université de Rennes 1 - France - Année universitaire 2003 - 2004 2) Méthodes de conception q Conception descendante : dédiée Ø concevoir vite, bien q Méthode en 3 temps : Ø description comportementale Ø simulation et validation Ø description structurelle (architecture) Spécification de niveau N Etape N Spécification de niveau N-1 Ce que fait le système (cahier des charges) Comment il le fait (réalisation) Modèle Simulations Corrections 24 ENSSAT - Université de Rennes 1 - France - uploads/Litterature/ vhdl 1 .pdf