Воспроизведение модельного времени ( NOW )

Поведение VHDL - обьектов воспроизводится на ЭВМ и приходится учитывать особенности воспроизведения параллельных процессов на однопроцессорной ЭВМ. Особая роль в синхронизации процессов отводится механизму событийного воспроизведения модельного времени (NOW).

Выполнение модели состоит из фазы инициализации, за которой следует повторяющееся выполнение операторов процессов. В начале каждого цикла модельное время становится равным времени ближайшего запланированного события. Если оно достигло предельного значения time'high, моделирование завершается, если нет, - процессы, в которых запланированы события, становятся активными, планируют новые события, после чего они переходят в пассивную фазу, и начинается новый цикл.

Когда активные процессы исполняются, их операторы выполняются последовательно, один за другим, планируют новые события, пока каждый из процессов не попадает в свой оператор ожидания wait и не становится пассивным. События, как уже отмечалось, связаны с изменениями значений сигналов.

Когда процесс вырабатывает новое (будущее) значение сигнала, в терминологии VHDL это называется выработкой сообщения (transation). С сигналом может быть связано множество сообщений. Это множество называется драйвером сигнала (driver).

Таким образом драйвер сигнала - множество пар: будущее значение сигнала и время (множество планируемых событий в сигнале).

В VHDL реализуется двухстадийный механизм циклического событийного воспроизведения модельного времени.

На первой стадии событийно наращивается модельное время, изменяются значения всех сигналов, события в которых запланированы на данный момент.

На второй стадии все процессы, которые оказываются чувствительны к этим изменениям, активизируются (запускаются) и исполняются до тех пор, пока не попадают в свои операторы ожидания wait. После чего цикл повторяется.

Следующий пример иллюстрирует использование директивы NOW для определения времени выполнения такта (заканчивается строкой TACT:=NOW;):

 

signal TACT: TIME;

EXECUTE:process

              Begin

                              …

                         TACT:=NOW;

                         Wait for 10 ns;

                         TACT:=NOW-TACT; --определение времени такта

                              …

              end

VHDL реализует механизм воспроизведения модельного времени, состоящий из циклов. На первой стадии цикла вырабатываются новые значения сигналов. На второй стадии процессы реагируют на изменения сигналов и переходят в активную фазу. Эта стадия завершается, когда все процессы перейдут снова в состояние ожидания. После этого модельное время становится равным времени ближайшего запланированного события, и всё повторятся.

Особый случай представляет ситуация, когда в процессах отсутствуют операторы задержки. Для этого в VHDL предусмотрен механизм так называемой бесконечно малой дельта-задержки. В случае дельта-задержек новый цикл моделирования не связан с увеличением модельного времени.

Другая особенность VHDL-процессов связана с так называемыми разрешёнными resolved сигналами. Если несколько процессов изменяют один и тот же сигнал (сигнал имеет несколько драйверов), в описании объектов может указываться функция разрешения. Эта функция объединяет значения из разных драйверов и вырабатывает одно. Это позволяет, например, учесть особенности работы нескольких элементов на общую шину.

Средства VHDL для отображения поведения описываемых систем базируются на их представлении как совокупности параллельных взаимодействующих процессов. Процессы могут описываться в разных формах. Одна из форм включает заголовок - слово process и последовательность операторов, отображающих действия по переработке информации. Все операторы внутри процесса выполняются последовательно. Процесс может находиться в одном из двух состояний - либо пассивном, когда процесс ожидает прихода сигналов запуска или наступления соответствующего момента времени, либо активном - когда исполняется.

Структура данных типа TIME

Физические типы позволяют разработчику непосредственно выразить величины в физических единицах измерения. В VHDL используется один физический тип - предопределенный физический тип TIME(время). Обьявление физического типа задает множество единиц, определенных в терминах некоторой базовой единицы. В случае типа TIME базовой единицей является fs (фемтосекунда), а производными единицами являются ps,ns,us и так далее. Рассмотрим определение типа TIME.

type TIME is range -(2**31-1) to 2**31-1      units           fs;           ps = 1000 fs;           ns = 1000 ps;             us = 1000 ns;           ms = 1000 us;           s = 1000 ms;           min = 60 s;           hr = 60 min;      end units;

Диапазон типа TIME определяет диапазон базовых единиц, который может быть точно представлен обьектами типа. Физические литералы, использующие любые из определенных имен для физических единиц, будут автоматически преобразовываться к фемтосекундам. Обеспечивается абсолютная точность, когда значения одного физического типа складываются и вычитаются или когда значение физического типа умножается на целое. Допускается также деление на целое, но в этом случае может выполняться округление результата.