D - Lógica Sequencial

Neste projeto você terá que desenvolver os componentes de memória que serão utilizados no computador Z01.

Instruções

A pasta do projeto d_logSeq no repositório Z01.1-proj, possui a seguinte estrutura:

/d_logSeq
    test_ula.py
    ula_cocotb.py
    /Quartus
    /src
        *.vhd

1. Quartus: Projeto Quartus que faz uso dos arquivos VHDL localizados em src/*.vhd;
2. *.py: Scripts em python que automatizam a execução dos testes;
3. src/*.vhd: Arquivos VHDL que serão implementados pelo grupo;

Executando o Script de Teste

Abra o terminal na pasta d_logSeq/ e execute:

$ pytest -s

para testar todos os módulos ou

$ pytest -k ram8

para testar apenas um módulo (neste caso a Ram8).

Projeto

• Deve-se gerar uma imagem com a forma de onda desses módulos.
• Deve-se gerar um RTL para cada módulo do projeto (Lab 4)
• Note que é possível reaproveitar, via port map, os módulos dos projetos anteriores. Para isso basta usar port map.

Módulos

Os modulos a serem desenvolvidos na entrega estão detalhados no livro base do curso: Capítulo 3 - The Elements of Computing Systems

• Flip Flop
• Arquivo: flipflopd.vhd
• Dependência:

É um bloco elementar e sua implementação é criada no laboratório do projeto.

• Binary Digit
  • Arquivo: binarydigit.vhd
  • Dependência: flipflopd e mux2way
  • Descrição : É um registrador feito para armazenar um único bit de informação (0 ou 1). A interface do módulo consiste em uma entrada (d) para o bit a ser armazenado, um sinal de load para indicar quando o bit de entrada deve ser armazenado um sinal de clock e a saída output* que é o bit armazenado:

• Register 8
  • Arquivo : register8.vhd
  • Dependência : binarydigit
  • Descrição : É um registrador de 8 bits criado a partir do binaryDigit porém agora para armazenar um vetor de entrada de 8 bits de tamanho.

• Register 16
  • Arquivo : register16.vhd
  • Dependência : register8
  • Descrição : É um registrador de 16 bits criado a partir do Register8 porém agora para armazenar um vetor de entrada de 16 bits de tamanho.

• Register 32
  • Arquivo : register32.vhd
  • Dependência : register16
  • Descrição : É um registrador de 32 bits criado a partir do Register16 porém agora para armazenar um vetor de entrada de 32 bits de tamanho.

• Register 64
  • Arquivo : register64.vhd
  • Dependência : register32
  • Descrição : É um registrador de 64 bits criado a partir do Register32 porém agora para armazenar um vetor de entrada de 64 bits de tamanho.

• Program Counter
  • Arquivo : pc.vhd
  • Dependência : inc16, mux16, register16
  • Descrição : O program counter será o nosso endereçador de memória da CPU, ele será responsável por apontar para a próxima instrução a ser executada. Como normalmente um código segue um fluxo sequencial (uma linha na sequência da outra) o PC possui a habilidade de se auto incrementar a cada clock (apontando assim para a próxima instrução), mas ele tem que suportar condições (if, while, ...) rompendo com esse fluxo contínuo.

Sua lógica é descrita no pseudo código a seguir:

If reset(t-1) then 
   out(t)=0
else if load(t-1) then 
   out(t)=in(t-1)
else if inc(t-1) then 
   out(t)=out(t-1)+1
else
   out(t)=out(t-1)

• Ram8
  • Arquivo : ram8.vhd
  • Dependência : register16, mux8way16, dmux8way
  • Descrição : É uma memória de 8 endereços com 16 bits de largura. O componente possui como entrada o vetor input de 16 bits, o endereço a ser armazenado (address) o sinal load que indica quando é para ser armazenado e o clock. Como saída temos o valor lido no endereço especificado quando load for igual a 0. Note que sinal LOAD tem como função similar o do READ/WRITE, quando zero, indica que queremos ler o valor armazenado, quando 1 indica que queremos escrever (write) nessa posição.

• Ram64
  • Arquivo : ram64.vhd
  • Dependência : ram8, mux8way16, dmux8way
  • Descrição : Similar a RAM8 porém com 64 endereços.

• Ram512
  • Arquivo : ram512.vhd
  • Dependência : ram64, mux8way16, dmux8way
  • Descrição : Similar a RAM8 porém com 512 endereços.

• Ram4k
  • Arquivo : ram4k.vhd
  • Dependência : ram512, mux8way16, dmux8way
  • Descrição : Similar a RAM8 porém com 4096 endereços.

Forma de onda

Para cada teste realizado, deve-se carregar a interface gráfica do simulador e tirar um print da forma de onda do módulo com os testes aplicados a ele. Essa imagem deve ser salva na mesma pasta dos arquivos vhdl (src/doc/*_wave.png) e com o mesmo nome dos módulos (similar ao projeto passado).

RTL

Para cada módulo deve-se gerar o RTL e salvar uma imagem da implementação na pasta src/doc/_rtl.png.

!! warning Não basta só gerar a imagem, você precisa analisar e entender. Isso será cobrado nas avaliações.

Testando em Hardware

No hardware você deverá desenvolver um cenário de teste para o Program Counter e para para a ram8.

Rubricas para avaliação de projetos

Cada integrante do grupo irá receber duas notas: uma referente ao desenvolvimento total do projeto (Projeto) e outra referente a sua participação individual no grupo (que depende do seu papel).

Projeto

A - Módulos extras

Para a rubrica A o grupo deve implementar os seguintes módulos extras

• Flip Flop JK
• Arquivo: conceito_a/flipflopjk.vhd
• Dependência:

É é flipflop do tipo JK

• Flip Flop T
• Arquivo: conceito_a/flipflopt.vhd
• Dependência:

É é flipflop do tipo T

• Counter Down
• Arquivo: conceito_a/counterdown.vhd
• Dependência: flipflopjk

O CouterDown é componente capaz de contar para 'baixo' em binário (000 -> 111 -> 110 -> 101 -> 100), esse componente é formado por FlipFlops do tipo T, como demonstrado no diagrama a seguir:

Fonte: (2008) Fundamentals of Digital Logic with VHDL Design - pg. 406

Desenvolvedor e Scrum Master

As rubricas a serem seguidas serão comuns a todos os projeto e está descrito no link:

• Rubricas Scrum e Desenvolvedor

Formulários

• Scrum Master
• Desenvolvedores