Реализация комбинационной логики

Комбинационная логика реализуется на языке AHDL с помощью булевых выражений и уравнений, таблиц истинности, и множества мега и макрофункций. Примеры комбинационных функций включают дешифраторы, мультиплексоры и сумматоры.

Реализация логических выражений и уравнений

Булевы выражения являются набором узлов, чисел, констант и других булевых выражений, разделенных операторами и/или компараторами и дополнительно сгруппированных с помощью скобок. Булево уравнение устанавливает узел или шину равной величине булевого выражения.

Файл boole1.tdf, приведенный ниже, демонстрирует два простых булевых выражения, представляющие два логических вентиля.

SUBDESIGN boole1

(

a0, a1, b: INPUT;

out1, out2: OUTPUT;

)

BEGIN

out1 = a1 &!a0;

out2 = out1 # b;

END;

 

В этом файле выход out1 является логическим И входов а1 и инверсии а0, а выход out2 логическим ИЛИ out1 и b. Порядок следования их в файле не важен.

Именование логических операторов и компараторов

Именование логических операторов и компараторов позволяет облегчить ввод, присваивание ресурсов и интерпретацию раздела уравнений в файле отчета проекта.

Файл boole3.tdf, приведенный ниже, идентичен с файлом boole1.tdf, но использует именованные операторы. Имя оператора отделяется от оператора знаком двоеточия; имя может содержать до 32 символов.

 

SUBDESIGN boole3

(

a0, a1, b: INPUT;

out1, out2: OUTPUT;

)

BEGIN

out1 = a1 tiger:&!a0;

out2 = out1 panther:# b;

END;

 

Следующие отрывки из файла отчета показывают различие между boole3.rpt и boole1.rpt для первых двух уравнений.

 

-- boole3.rpt equations:

-- Node name is 'out1' from file "boole3.tdf" line 7, col 2

-- Equation name is 'out1', location is LC3_A1, type is output

out1 = tiger~0;

 

-- Node name is 'tiger~0' from file "boole3.tdf" line 7, column 18

-- Equation name is 'tiger~0', location is LC2_A1, type is buried

tiger~0 = LCELL(_EQ002);

_EQ002 =!a0 & a1;

 

-- boole1.rpt equations:

-- Node name is 'out1' from file "boole1.tdf" line 7, col 2

-- Equation name is 'out1', location is LC3_A1, type is output

out1 = _LC2_A1;

 

-- Node name is ':33' from file "boole1.tdf" line 7, col 12

-- Equation name is '_LC2_A1', type is buried

 

LC2_A1 = LCELL(_EQ001);

_EQ001 =!a0 & a1;

 

В зависимости от логики уравнения именованный оператор может представлять несколько имен узлов, однако, все имена относятся к имени оператора и, поэтому, узлы легче распознаются в файле отчета. В файле boole3.rpt единственный узел, tiger~0, создается для первого уравнения. В файле boole1.tdf компилятор связывает цепь ID:33 с тем же самым узлом.

После того, как Вы откомпилировали проект Вы можете использовать имена узлов, приведенные в файле отчета, для введения присваивания ресурса для дальнейшей компиляции, даже если логика проекта изменена. Имена логических ячеек, созданные из именованных операторов, остаются постоянными, если Вы изменили несвязанную с ними логику в файле. Например, Вы можете ввести присваивание для узла tiger~0. В противоположность этому, если операторы неименованы, доступны только ID номера цепей, и эти имена произвольно переназначаются при каждой компиляции.

Использование узлов

Узел, который объявляется с помощью объявления Node в разделе Variable, можно использовать для хранения значения промежуточного выражения.

Объявления узлов особенно полезны, когда булево выражение используется повторно. Булево выражение можно заменить дескриптивным именем узла, которое легче читается.

Файл boole2.tdf, приведенный ниже, содержит ту же самую логику что и файл boole1.tdf, но имеет только один выход.

 

SUBDESIGN boole2

(

a0, a1, b: INPUT;

out: OUTPUT;

)

VARIABLE

a_equals_2: NODE;

BEGIN

a_equals_2 = a1 &!a0;

out = a_equals_2 # b;

END;

 

Этот файл объявляет узел a_equals_2 и связывает его с выражением a1 &!a0. При использовании узлов можно сохранять ресурсы устройства, когда узел используется в нескольких выражениях.

Можно использовать как обычные узлы (NODE), так и тристабильные узлы (TRI _ STATE _ NODE). NODE и TRI_STATE_NODE различаются в том, что несколько присваиваний на них дают различные результаты.

Присваивания на узлы типа NODE связывают сигналы вместе с помощью функций ПРОВОДНОЕ-И или ПРОВОДНОЕ-ИЛИ. Значения по умолчанию, объявленные в операторах Defaults, определяют поведение: VCC представляет функцию ПРОВОДНОЕ-И, а GND представляет функцию ПРОВОДНОЕ-ИЛИ.

Присваивания на TRI_STATE_NODE привязывают сигналы к одному и тому же узлу.

Если только одной переменной назначается тип TRI_STATE_NODE, то она трактуется как NODE.

Использование шин

Шина, которая может включать до 256 членов (битов), трактуется как коллекция узлов и работает как одно целое. Имя шины можно определить с помощью имени с одним диапазоном, имени с двумя диапазонами или именем в последовательном формате.

В булевых уравнениях шина может приравниваться булеву выражению, другой шине, единственному узлу, VCC, GND, 1 или 0. В каждом из этих случаев значение шины различно. Оператор Options можно использовать для определения того, каким будет самый младший бит: наиболее значимым битом(MSB) или наименее значимым битом(LSB) или каким-либо другим.

Как только шина определена, скобки [ ] являются коротким способом определения всего диапазона. Например, a[4..1] можно также указать как a[]; b[5..4][3..2] можно представить как b[][].

Файл group1.tdf, приведенный ниже, демонстрирует булевы выражения, которые определяют несколько шин.

 

OPTIONS BIT0 = MSB;

CONSTANT MAX_WIDTH = 1+2+3-3-1;

% MAX_WIDTH = 2 %

SUBDESIGN group1

(

a[1..2], use_exp_in[1+2-2..MAX_WIDTH]: INPUT;

d[1..2],use_exp_out[1+2*2-4..MAX_WIDTH]: OUTPUT;

dual_range[5..4][3..2]: OUTPUT;

)

BEGIN

d[] = a[] + B"10";

use_exp_out[] = use_exp_in[];

dual_range[][] = VCC;

END;

 

В этом примере оператор Options используется для определения того, что самый правый бит шины будет MSB, а десятичная 1 прибавляется к шине a[]. Если ко входу a[] прикладывается 00, то результатом этой программы будет d[] == 1. Шины use_exp_in[] и use_exp_out[] показывают как константы и арифметические выражения можно использовать для ограничения диапазонов шин.

Следующие примеры иллюстрируют использование шин:

¨ Когда шина приравнивается к другой шине того же самого размера, то каждый член справа приравнивается каждому члену слева в соответствующей позиции.

¨ Когда шина приравнивается к VCC или GND, все биты шины соединяются с этим значением.

¨ Когда шина приравнивается к 1, только наименее значимый бит шины соединяется со значением VCC. Остальные биты шины соединяются с GND.

¨ Когда приравниваются шины не одинакового размера, количество битов шины с левой стороны уравнения должно точно делиться на количество битов шины с правой стороны уравнения. Например, уравнение

 

a[4..1] = b[2..1] правильно.

 

В этом уравнении биты отображаются следующим образом:

 

a4 = b2

a3 = b1

a2 = b2

a1 = b1

Реализация условной логики

Операторы If Then и Case идеально подходят для реализации условной логики. Операторы If Then оценивают одно или несколько булевых выражений и описывают поведение для различных значений выражения. Операторы Case являются списком альтернатив, которые доступны для каждого значения выражения. Они оценивают выражение, а затем выбирают направление действия на основе значения выражения.

Условную логику, реализуемую с помощью операторов If Then и Case, не следует путать с логикой, создаваемой условно оператором If Generate. Эта логика не обязательно является условной.

Оператор If Then

Файл priority.tdf, приведенный ниже, демонстрирует приоритетный шифратор, который преобразует уровень активного входа с наивысшим приоритетом в значение.

 

SUBDESIGN priority

(

low, middle, high: INPUT;

highest_level[1..0]: OUTPUT;

)

BEGIN

IF high THEN

highest_level[] = 3;

ELSIF middle THEN

highest_level[] = 2;

ELSIF low THEN

highest_level[] = 1;

ELSE

highest_level[] = 0;

END IF;

END;

 

В этом примере входы high, middle, и low оцениваются для определения того, является ли их уровни равными VCC. Оператор If Then активизирует уравнения, которые следуют за активной IF или ELSE областями и, если вход high высокий, то highest_level[] равен 3.

Если активизируется более одного входа, то оператор If Then оценивает приоритет входов в порядке следования областей IF и ELSIF (первая область имеет наивысший приоритет).

Если ни один из входов не активизирован, по срабатывает уравнение, следующие за ключевым словом ELSE.

Оператор Case

Файл decoder.tdf, приведенный ниже, описывает дешифратор 2 в 4 бита. Он преобразует 2-битный код в унарный код.

 

SUBDESIGN decoder

(

code[1..0]: INPUT;

out[3..0]: OUTPUT;

)

BEGIN

CASE code[] IS

WHEN 0 => out[] = B"0001";

WHEN 1 => out[] = B"0010";

WHEN 2 => out[] = B"0100";

WHEN 3 => out[] = B"1000";

END CASE;

END;

 

В этом примере входной код шины имеет значения 0, 1, 2 или 3. В операторе Case за символом => следует активизируемое уравнение. Например, если code[] равен 1, то выход out1 устанавливается в B"0010". Поскольку все значения выражения различны, в одно время можно активизировать только одну область WHEN