Paquetage numeric_std

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Auguste Beauchemin
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1 Unités: Base de systèmes logiques (BSL) Conception de systèmes numériques (CSN) Conception de systèmes numériques E (CSNE) Paquetage numeric_std Etienne Messerli Le 25 février 2015 Copyright 2015 EMI, REDS@HEIG-VD Paquetage numeric_std, p 1 Contenu de la présentation Présentation du paquetage numeric_std Définit des types pour les nombres non-signés et signés Définit les opérations arithmétiques de bases (+, -) Définit la comparaison entre des nombre entier Copyright 2015 EMI, REDS@HEIG-VD Paquetage numeric_std, p 2

la présentation Présentation du paquetage numeric_std Définit des types pour les nombres non-signés et signés Définit les

2 Manuel VHDL, synthèse et simulation Liste des chapitres à lire : Chapitre 7. Paquetage numeric_std et opérations arithmétiques, page 57 à Déclaration du paquetage numeric_std 7-2. Fonctions définies dans le paquetage numeric_std 7-3. Vecteurs et nombres Passage de std_logic_vector à signed ou unsigned Conversion d'un signed ou unsigned en un nombre entier 7-4. Exemple d'additions 7-5. Exemples de comparaison Copyright 2015 EMI, REDS@HEIG-VD Paquetage numeric_std, p 3 Paquetage numeric_std Bibliothèque IEEE Norme IEEE , 1997 paquetages numeric_bit & numeric_std Déclaration : library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.numeric_std.all; Copyright 2015 EMI, REDS@HEIG-VD Paquetage numeric_std, p 4

Exemple d'additions 7-5. Exemples de comparaison Copyright 2015 EMI, REDS@HEIG-VD Paquetage numeric_std, p 3 Paquetage numeric_std Bibliothèque IEEE Norme IEEE-1076.

3 paquetage numeric_std... But du paquetage : types numériques et fonctions arithmétiques pour la synthèse Défini 2 types numériques : unsigned : vecteur représentant un nombre non signé signed : vecteur représentant un nombre signé Remarques : il s'agit de nombres entier en binaire ces 2 types sont basés sur le std_logic Copyright 2015 EMI, REDS@HEIG-VD Paquetage numeric_std, p 5 paquetage numeric_std Bit le plus à gauche : bit le plus significatif, MSB (Most Significant Bit) Représentation nombre signé : représentation en complément à 2 Paquetage contient : surcharge des opérateurs arithmétiques pour les types unsigned et signed fonctions de conversion et d'adaptation Copyright 2015 EMI, REDS@HEIG-VD Paquetage numeric_std, p 6

représentant un nombre signé Remarques : il s'agit de nombres entier en binaire ces 2 types sont basés sur le std_logic Copyright 2015 EMI, REDS@HEIG-VD Paquetage numeric_std, p 5

4 Types unsigned et signed Basé sur le type : std_logic std_logic_vector <> unsigned ou signed : spécifie une interprétation différente vecteur binaire nombre entier en binaire (signé ou non signé) Définition : type unsigned is array (natural range <>) of std_logic; type signed is array (natural range <>) of std_logic; Copyright 2015 EMI, REDS@HEIG-VD Paquetage numeric_std, p 7 Représentation : vecteurs/nombres Cast Conversion src: Copyright 2015 EMI, REDS@HEIG-VD Paquetage numeric_std, p 8

of std_logic; type signed is array (natural range <>) of std_logic; Copyright 2015 EMI, REDS@HEIG-VD Paquetage numeric_std, p 7

5 Adaptation de type (cast) -- Déclaration des signaux : signal vecteur : std_logic_vector(7 downto 0); signal nombre : unsigned(7 downto 0); --Exemples d'adaptation de type (cast): nombre <= unsigned(vecteur); vecteur <= std_logic_vector(nombre); --Basé sur le Std_Logic, donc : vecteur(i) <= nombre(i); --correct nombre(i) <= vecteur(i); --correct Copyright 2015 EMI, REDS@HEIG-VD Paquetage numeric_std, p 9 Fonctions de conversion... Fonction to_integer : to_integer (ARG: unsigned) return natural to_integer (ARG: signed) return integer Fonction to_unsigned : to_unsigned (ARG, SIZE: natural) return unsigned Fonction to_signed : to_signed (ARG: integer; SIZE: natural) return signed Copyright 2015 EMI, REDS@HEIG-VD Paquetage numeric_std, p 10

REDS@HEIG-VD Paquetage numeric_std, p 9 Fonctions de conversion.

6 fonctions de conversion -- Déclaration des signaux : signal nbr_entier : natural; signal nbr_bin : unsigned(7 downto 0); --Exemples de conversion : nbr_entier <= to_integer(nbr_bin); nbr_bin <= to_unsigned(nbr_entier,8); -- en utilisant l'attribut : 'length nbr_bin <= to_unsigned(nbr_entier,nbr_bin'length); Copyright 2015 EMI, REDS@HEIG-VD Paquetage numeric_std, p 11 Fonctions "+" et "-" Caractéristiques : 2 opérandes de tailles différentes résultat aura la taille du plus grand result :max(l'length, R'length)-1 downto 0 Combinaisons des 2 opérandes (L & R): (L, R: unsigned) return unsigned (L: unsigned; R: natural) return unsigned (L: natural; R: unsigned) return unsigned (L, R: signed) return signed (L: integer; R: signed) return signed (L: signed; R: integer) return signed Copyright 2015 EMI, REDS@HEIG-VD Paquetage numeric_std, p 12

Caractéristiques : 2 opérandes de tailles différentes résultat aura la taille du plus grand result :max(l'length, R'length)-1 downto 0 Combinaisons des 2 opérandes (L & R): (L, R: unsigned) return

7 Exemples d'addition -- Déclaration des signaux : signal nb_a, nb_b : unsigned(7 downto 0); signal somme : unsigned(7 downto 0); --Exemples d'addition : somme <= nb_a + nb_b; somme <= nb_a + "0001"; somme <= nb_b + 1; somme <= nb_a + " "; --Erroné : somme <= nb_b + '1'; Pourquoi? Copyright 2015 EMI, REDS@HEIG-VD Paquetage numeric_std, p 13 Fonctions de comparaison Caractéristiques : Opérandes de tailles différentes Résultat de type booléen Combinaisons des 2 opérandes (L & R): (L, R: unsigned) return boolean (L: unsigned; R: natural) return boolean (L: natural; R: unsigned) return boolean (L, R: signed) return boolean (L: integer; R: signed) return boolean (L: signed; R: integer) return boolean Copyright 2015 EMI, REDS@HEIG-VD Paquetage numeric_std, p 14

Copyright 2015 EMI, REDS@HEIG-VD Paquetage numeric_std, p 13 Fonctions de comparaison Caractéristiques : Opérandes de tailles différentes Résultat de type booléen Combinaisons des 2 opérandes

8 Exemples de comparaison... --déclaration des signaux signal nsgn_a,nsgn_b : unsigned(3 downto 0); --résultat de la comparaison est un booléen nsgn_a = "1010" ou nsgn_a = 10 nsgn_a /= nsgn_b Copyright 2015 EMI, REDS@HEIG-VD Paquetage numeric_std, p 15 exemples de comparaison --déclaration des signaux signal sgn_a, sgn_b : signed(3 downto 0); --résultat de la comparaison est un booléen sgn_a < "1100" ou sgn_a < -4 sgn_a > sgn_b Copyright 2015 EMI, REDS@HEIG-VD Paquetage numeric_std, p 16

nsgn_a = "1010" ou nsgn_a = 10 nsgn_a /= nsgn_b Copyright 2015 EMI, REDS@HEIG-VD Paquetage numeric_std, p 15 exemples de

9 Exercices 1. Additionneur 4 bits simple: décrire en VHDL synthétisable un additionneur de 4 bits les nombres sont de type std_logic_vector dans l'entité réaliser la synthèse de la description, voir la vue RTL réaliser la simulation de l'additionneur 2. Additionneur 4 bits avec report décrire en VHDL synthétisable un additionneur de 4 bits ayant un carry in et un carry out les nombres sont de type std_logic_vector dans l'entité réaliser la synthèse de la description, voir la vue RTL réaliser la simulation de l'additionneur Copyright 2015 EMI, REDS@HEIG-VD Paquetage numeric_std, p 17 Exercices 3. Additionneur 4 bits avec reports décrire en VHDL synthétisable un additionneur de 4 bits ayant un carry in, un carry out et un overflow out les nombres sont de type std_logic_vector dans l'entité réaliser la synthèse de la description, voir la vue RTL réaliser la simulation de l'additionneur Copyright 2015 EMI, REDS@HEIG-VD Paquetage numeric_std, p 18

réaliser la simulation de l'additionneur 2.

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