TP N 1 Guide pratique d initiation a XILINX ISE 9.2i

LAII51 ISET DE GABES LAII 5 ENSEIGNANT : M. TAYARI LASSAAD CLASSE : LAII51 TP N 1 Guide pratique d initiation a XILINX ISE 9.2i 1- Introduction 1.1 Survol ISE Foundation 9.2 est un environnement intégré de développement de systèmes numériques ayant pour but une implémentation matérielle sur FPGA de la compagnie Xilinx. Les designs peuvent être décrits sous trois formes principales : schémas; langage de description matérielle (HDL) comme VHDL et Verilog; et, diagrammes d états. ISE intègre donc différents outils permettant de passer à travers tout le flot de conception d un système numérique : un éditeur de textes, de schémas et de diagrammes d état; un compilateur VHDL/Verilog; un outil de simulation; des outils pour la gestion des contraintes temporelles; des outils pour la synthèse; des outils pour la vérification; et, des outils pour l implantation sur FPGA. 1.2 Objectif de ce guide L objectif de ce guide est d énumérer et de décrire les étapes simples pour : créer un projet dans ISE 9.2; décrire un circuit numérique à l aide d un schéma ou à l aide d une description VHDL et l intégrer au projet; simuler le circuit numérique en lui appliquant des signaux d entrée désirés et en observant sa sortie; synthétiser et implémenter le circuit pour un FPGA; et, programmer le FPGA de la planchette de développement FPGA, pour vérifier l opération correcte du circuit. 2- Lancement de ISE 9.2 et création d un projet Dans l environnement ISE, un projet est un regroupement de fichiers en rapport avec un système ou un design en particulier. Par exemple, dans le cadre d un cours, on pourrait avoir un projet par laboratoire ou par devoir. 1. Lancer ISE 9.2 en cliquant deux fois sur l icône sur le bureau de travail ou en choisissant Start Programs XilinxISE 9.2i Project Navigator. M TAYARI.L Page 1 /32 TP N 1

LAII51 2. Choisir File New Project 3. Donner un nom pertinent à votre nom de projet. 4. Si vous désirez faire un design à base d un schéma, choisir Schematic comme Top-Level Source Type. 5. Si vous désirez faire un design à base d un code HDL, choisir HDL comme Top_Level Source Type. 6. Ensuite cliquer sur Next M TAYARI.L Page 2 /32 TP N 1

LAII51 7. Vérifier que les paramètres sont identiques à la figure suivante. Family permet de choisir la famille de FPGA, et Device permet de sélectionner le sous-type (nombre de portes logiques). Package définit le type de boitier : dans le cas présent, nous utilisons un FPGA Spartan 3 XC3S200 à 256 pattes. Appuyer sur Next. 8. Appuyer sur Next deux autres fois pour les deux autres fenêtres et sur Finnish. 3 Description d un circuit numérique 3.1 Circuit en exemple Dans ces instructions, on construit spécifiquement un circuit arithmétique de base : un additionneur à 3 bits. Ce circuit accepte 3 bits en entrée et les additionne. Il a deux sorties : une retenue ainsi qu une somme. Les sorties possibles sont donc (retenue, sortie) {(0, 0), (0, 1), (1, 0), (1, 1)}, correspondant respectivement aux cas où les trois bits d entrée sont 0, un seul bit est 1, deux bits sont 1, et trois bits sont 1. Ce circuit indique effectivement le nombre de bits d entrée qui valent 1. Le tableau de vérité de ce circuit est donné ici : On peut dériver les équations pour les sorties retenue et somme grâce à un tableau de Karnaugh, et, à l aide de manipulations algébriques, obtenir une version plus efficace pour l implémentation matérielle. Un schéma d un circuit réalisant ces deux fonctions est donné ici : M TAYARI.L Page 3 /32 TP N 1

LAII51 Le circuit est composé des entités suivantes : deux portes OU-exclusif à deux entrées; deux portes ET à deux entrées; une porte OU à deux entrées; et, trois terminaux d entrée et deux terminaux de sortie. 3.2 Les fichiers sources Dans l environnement ISE, un fichier source renferme des données descriptives ou de configuration d un système ou un design en particulier. Par exemple, un projet pourrait comporter un fichier décrivant le circuit numérique par un schéma, et un fichier indiquant la correspondance entre les ports du circuit et les pattes du FPGA. 3.3 Description avec un schéma 1. Sélectionner le menu Project new Source 2. Sélectionner schematic comme source et entrer le nom du schéma que vous allez créer. 3. Vérifier que l option Add to project est cochée. 4. Cliquer sur sur Next. M TAYARI.L Page 4 /32 TP N 1

LAII51 5. Cliquez sur Finish. 6. La première fois qu on ajoute un fichier source au projet, on obtient une fenêtre semblable à la figure cicontre. 7. Cliquer sur l onglet sources si nécessaire (partie gauche et en haut de l écran), puis dans la fenêtre sources cliquer deux fois sur votre fichier pour ouvrir l éditeur de schémas. M TAYARI.L Page 5 /32 TP N 1

LAII51 8. Pour ajouter des composantes cliquer sur le symbole : ou dans la barre d outils Add Symbol 9. Sélectionner Logic dans l onglet Categories et and2 dans l onglet Symbols. Cliquer par la suite sur l espace de travail pour placer la porte sélectionnée. 10. Répéter l étape 8 pour les portes xor2 et or2 correspondant respectivement à un «OU EXCLUSIF» à deux entrées et à un «OU» à deux entrées. 11. Relier les portes à l aide d un fil en cliquant sur le symbole (ou avec le menu Add Wire). Placer ensuite les ports d entrée et de sortie à l aide du symbole (ou avec le menu Add I/OMarquers). 12. Cliquer sur bouton de droite de la souris et renommer les Entrées/Sorties (bit0, bit1, bit2 / Somme, Retenue) avec l option Rename Port. Il est à noter que le choix de la direction des ports (en entrée ou en sortie) s effectue automatiquement. M TAYARI.L Page 6 /32 TP N 1

LAII51 13. Vous devriez obtenir le schéma final suivant. 14. Pour finir, vérifier votre schéma avec le bouton de la barre d outil de dessin ou en sélectionnant Tools Check Schematic du menu. Vérifier les messages dans la console au bas de l écran. 15. S il y a des erreurs corrigez-les et recommencer la vérification 4 Simulation du design La simulation du design permet de vérifier qu il fonctionne de la façon prévue par les spécifications. La simulation à faire à cette étape est la simulation comportementale. Pour simuler le design il faut créer un banc d essai contenant les stimuli d entrée. 1. Sélectionner le fichier à simuler (Schema_additionneur). 2. Créer un nouveau banc d essai en sélectionnant Project New Source. 3. Dans la fenêtre qui s ouvre, sélectionner Test Bench WaveForm comme source, et donner un nom au fichier comme ci-contre : 4. Cliquer sur Next. M TAYARI.L Page 7 /32 TP N 1

LAII51 5. La page suivante montre quel fichier source est associé au banc d essai; il s agit de notre fichier à simuler. 6. Cliquer Next, puis Finish. 7. Une fenêtre permettant d effectuer une initialisation temporelle (détermination des paramètres de l horloge et de certaines contraintes temporelles) apparaît. Vu que nous travaillons en combinatoire, il faut cocher l option combinatorial (or internal clock) dans le cadreclock information. 8. Modifier ensuite la durée de la simulation : mettez-là à 1500 ns (initial Length of TestBench). Cliquer sur Finish pour terminer cette initialisation temporelle. 9. Avec le bouton droit de droite, cliquer sur le début de la courbe (juste à côté de la zone grise) correspondant au signal bit0; et sélectionner set value. 10. Dans la fenêtre qui s ouvre choisir pattern wizard. M TAYARI.L Page 8 /32 TP N 1

LAII51 11. Modifier les valeurs de pulse width et initial delay à une valeur 4 cycles. 12. Cliquer sur Ok 13. Répéter les mêmes étapes pour bit1 et bit2, avec comme valeurs 2 et 1, respectivement. 14. Sauvegarder le banc d essai avec File >Save, qui devrait ressembler au schéma ci-contre. 15. Dans la fenêtre sources, sélectionner beha-vioral simulation. 16. Assurez-vous que le banc d essai est bien sélectionné dans la fenêtre sources. 17. Dans la fenêtre processes, dérouler l outil xilinx ise simulator. 18. Double-cliquer sur Simulate Behavioral Model. 19. Corriger votre design si vous obtenez des erreurs. Vous ne devriez quitter la simulation que lorsque celle-ci donne des résultats conformes aux spécifications. M TAYARI.L Page 9 /32 TP N 1

5 SYNTHESE ET IMPLEMENTATION DU DESIGN 5.1 Description La synthèse d un circuit consiste à traduire la description du circuit en blocs disponibles dans la technologie utilisée. Par exemple, pour un circuit décrit avec un schéma et qui doit être réalisé sur un FPGA,le processus de synthèse convertit et regroupe les portes logiques du schéma en composantes réalisables sur le FPGA choisi. L implémentation du circuit est divisée en quatre sous étapes: la transformation (mapping) : regrouper les composantes obtenues lors de la synthèse dans des blocs spécifiques du FPGA; la disposition (placement) : choisir des endroits spécifiques sur le FPGA où disposer les blocs utilisés, et choisir les pattes du FPGA correspondant aux ports d entrée et de sortie; le routage (routing) : établir des connexions électriques entre les blocs utilisés; et, la configuration (configuration) : convertir toute cette information en un fichier pouvant être téléchargé sur le FPGA pour le programmer. 5.2 Ports d entrée et de sortie Pendant l étape de disposition de l implémentation, il faut assigner des pattes spécifiques du FPGA à des ports d entrée et de sortie de son design. Pour le design présent, les ports d entrée sont bit0, bit1 et bit2, et les ports des sortie sont retenue et somme. L assignation des pattes que nous ferons ici s applique uniquement à la planchette de développement Spartan-3 de Digilent. L assignation des ports se fait par l entremise d un fichier de contraintes avec l extension «.ucf» (pour user constraints file). 1. Dans la fenêtre sources, sélectionner Synthesis/Implementation 2. Dans la fenêtre Processes, dérouler le menu User Constraints et double-cliquer sur Assign Package Pins. 3. Dans la fenêtre suivante cliquer sur Yes pour créer automatiquement le fichier d assignation (.ucf) des ports du FPGA. M TAYARI.L Page 10 /32 TP N 1

4. Une fenêtre d assignation de pattes va s ouvrir. Entrer, dans la section Loc du menu Design Object List I/O Pins, les numéros des pattes reliant le FPGA à votre design (f12 pour bit0, g12 pour bit1, h14 pour bit2, p14 pour retenue, k12 pour somme). Cela a pour effet de connecter les entrées aux commutateurs SW0, SW1, et SW2, et les sorties aux diodes émettrice de lumière LD1 et LD0 de la planchette. 5. Sauver les allocations effectuées en sélectionnant File_Save. Sélectionner XST Default:<> pour le type de sauvegarde. Cliquer sur Ok. 6. Fermer la fenêtre d assignation des pattes. 7. Dans la fenêtre Sources sélectionner (additionneur.sch) si vous effectuez un design basé sur un schéma ou le fichier VHDL (additionneur-vhdl.vhdl) s il est basé sur un fichier VHDL. 8. Dans la fenêtre Processes double cliquer sur Generate Programming File. Attendre quelques minutes et vous devriez obtenir le schéma suivant indiquant que les étapes de synthèse ont bien été effectuées. 6 Programmation du FPGA et tests 1. Informer votre enseignant que vous êtes prêt à utiliser la planchette pour qu on vous indique comment effectuer les connexions. M TAYARI.L Page 11 /32 TP N 1

2. Double-cliquer sur Configure Device (IMPACT). Cliquer sur Cancel si vous obtenez le message d avertissement suivant. 3. Sélectionner Configure Devices using Boundary-Scan (JTAG). 4. Cliquer sur Finish. 5. Sélectionner le fichier de programmation créé (additionneur.bit pour un design basé sur un schéma ou VHDL-additionneur.bit pour un design basé sur un fichier VHDL). 6. Cliquer sur Ok si un message d avertissement apparaît 7. Une autre fenêtre s ouvre permettant de programmer la mémoire flash de la planchette. Cliquer sur Bypass. (Il faut remarquer que ce n est pas le même type de fichier qui permet de programmer les deux). 8. Faites un clic droit sur xc3s200 et sélectionner Program. M TAYARI.L Page 12 /32 TP N 1

9. Cliquer sur Ok dans la fenêtre Programming Properties. 10. Vous devrez obtenir le schéma suivant indiquant que la programmation du FPGA s est bien déroulée. Recommencer l étape précédente si ce n est pas le cas. 11. Vous pouvez maintenant tester votre design sur le FPGA! Vérifier toutes les combinaisons possibles d entrées et vérifier que les sorties sont bien conformes au tableau de vérité. 6- DESCRIPTION AVEC UN FICHIER VHDL 1. Refaire les etapes de la section 2- et choisir le «top-level source type» HDL au lieu de shematic. 2. Sélectionner le menu Project new Source. 3. Sélectionner VHDL Module comme source et entrer le nom du schéma que vous allez créer. 4. Vérifier que l option add to project est cochée. 5. Cliquer sur Next M TAYARI.L Page 13 /32 TP N 1

6. Déclarer les ports d entrée/sortie du design comme définis ci-contre. 7. Cliquer sur Next et ensuite sur Finish. Une ébauche du fichier apparaît avec la description de l entité et de l architecture. 8. Dans la description de l architecture, en dessous de l énoncé begin, insérer les fonctions permettant de calculer la somme et la retenue, tel que montré ci-contre. Une fois le fichier VHDL édité, il est conseillé de vérifier la syntaxe du design afin de trouver des erreurs de syntaxe, de typographie : 1. Vérifier que synthesis/implementation est sélectionné dans la liste déroulante de la fenêtre sources. 2. Sélectionner le fichier VHDL Compteur-VHDL pour afficher les processus liés dans la fenêtre processes. 3. Cliquer sur le «+» à coté de synthesize-xst. 4. Double-cliquer sur le processus check syntax. Si tout va bien, un crochet vert apparaît. Sinon, consulter les messages d erreur dans la console au bas de l écran. 5. Corriger les erreurs s il y a lieu, puis fermer le fichier VHDL. 6. Refaire le étapes des sections 4- et 5- M TAYARI.L Page 14 /32 TP N 1

GE 3 èmme Année LEAII51 ENSEIGNANT : M. TAYARI LASSAAD T P N 2 TP 2 conceptions de systèmes numériques Initiation à VHDL avec ISE de Xilinx (V9.2i) I. Objectif L objectif de ce module de TP est, au travers de la réalisation de différents petits projets, d apprendre à utiliser les outils de la suite logicielle ISE design sofware de la société Xilinx pour configurer des composants logiques programmables à partir d une description en VHDL. Pré Requis : connaître les fonctions logiques de base. II. Déroulement La conduite d un projet simple comporte les étapes suivantes : 1. Description du projet avec le module ISE qui comporte différents modes d entrée tels que : Texte VHDL ou Verilog HDL Schéma bloc Machine d états 2. Simulation fonctionnelle avec le module ModelSim Cette étape permet d entrer des stimuli, de simuler le comportement des éléments du projet et de visualiser les résultats sous forme de chronogrammes ou de listes d états. 3. Synthèse L outil de synthèse XST (Xilinx Synthesis Technology) crée, à partir des fichiers texte VHDL, un fichier du type «netlist» de très bas niveau qui décrit les fonctions à implémenter dans le composant. 4. Implémentation dans un CPLD (XCRP) ou FPGA (sapartaniii) Elle comporte deux étapes : Traduction (Translation) du modèle logique du composant en une autre forme qui tient compte de l architecture du composant, et vérification de la validité des contraintes imposées par l utilisateur (temps de propagation, brochage). Adaptation du modèle précédant (Fitting) aux ressources du composant en tenant compte des contraintes. 5. Simulation post-implémentation Elle consiste à simuler le fonctionnement du composant en tenant compte du chemin suivi par les signaux et donc des temps de propagation (simulateur ModelSim). 6. Programmation du composant Elle commence par la création d un fichier de programmation au format standard JEDEC puis la configuration du composant sur l application cible avec le logiciel impact 7. Test électrique du projet Nous utilisons comme application cible une carte d évaluation Digilab XCRP ou Spartan III de la société Digilent. Cette carte est équipée d un circuit CPLD CoolRunner XCR3064PC44 ou FPGA XC3S200. M TAYARI.L Page 15 /32 TP N 1

III. Projets proposés Le tableau de la figure 1 donne la liste des projets proposés. Exemple n Fichier.vhd Mode Type Instructions d instructions 1 Basic_gates combinatoire concourantes équations logiques 2 Comparateur combinatoire concourantes when-else 3 Hex27seg combinatoire concourantes when-else 4 Bcd27seg combinatoire concourantes with-select 5 Dec3v8 combinatoire process case 6 Demux1v8 combinatoire process case 7 Com_mot_2v séquentiel process machine d état sorties combinatoire 8 Com_mot_2s séquentiel process machine d état sorties synchronisées Figure 1 Compte rendu Les résultats obtenus à chaque étape de chaque projet seront analysés et consignés dans un compte rendu sur l ensemble des projets. Pour chaque projet il sera présenté : - La fonction du composant réalisé - Une analyse du fichier source expliquant les nouvelles instructions utilisées - Les tests proposés pour la simulation en justifiant leur choix. - Les résultats de la simulation et leur interprétation. - Les ressources utilisées après implémentation dans le composant - Les équations logiques synthétisées - Les résultats de tests effectués avec la carte d évaluation M TAYARI.L Page 16 /32 TP N 1

-- Exemple 1 Fonctions logiques de base (équations booléennes) -- mode concourant -- Le système est purement combinatoire -- Il utilise le symbole d'affectation <= -- La mise jour est effective à la dernière instruction -- fichier Basic_gates.vhd library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; -- le standard IEEE 1164 définit des signaux std_logic à 9 niveaux : -- 0, 1, Z(haute impédance), - (indifférent), etc -- Description externe du système entity Basic_Gates is Port ( a : in std_logic; b : in std_logic; y1 : out std_logic; y2 : out std_logic; y3 : out std_logic; y4 : out std_logic; y5 : out std_logic; y6 : out std_logic; y7 : out std_logic); end Basic_Gates; -- SW1 -- SW2 -- LED1 -- LED2 -- LED3 -- LED4 -- LED5 -- LED6 -- LED7 -- Description du fonctionnement interne architecture Behavioral of Basic_Gates is begin -- liste d'instructions concourantes y1 <= a and b; y2 <= a or b; y3 <= a xor b; y4 <= not a; y5 <= a nand b; y6 <= a nor b; y7 <= not(a xor b); -- mise a jour des sorties end Behavioral; M TAYARI.L Page 17 /32 TP N 2

-- Exemple 2 : comparateur 4 bits -- Fichier Comparateur.vhd -- mode concourant -- utilise l''assignation conditionnelle WHEN... ELSE library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; -- Description externe du système entity Comparateur is Port ( A : in std_logic_vector(3 downto 0); -- SW1..SW4 B : in std_logic_vector(3 downto 0); -- SW5..SW8 SUP : out std_logic; -- LED3 INF : out std_logic; -- LED1 EGAL : out std_logic); -- LED2 end Comparateur; -- Description du fonctionnement interne architecture Behavioral of Comparateur is begin SUP <= '1' WHEN A>B ELSE '0'; INF <= '1' WHEN A<B ELSE '0'; EGAL <='1' WHEN A=B ELSE '0'; end Behavioral; M TAYARI.L Page 18 /32 TP N 2

-- Exemple 3 : décodeur hexadecimal 7 segments -- fichier Hex2seg.vhd -- mode concourant -- utilise un signal interne library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; entity HEX27SEG is Port ( i : in std_logic_vector(3 downto 0); -- SW1,SW2,SW3,SW4 a : out std_logic; -- AA b : out std_logic; -- AB c : out std_logic; -- AC d : out std_logic; -- AD e : out std_logic; -- AE f : out std_logic; -- AF g : out std_logic; -- AG cat1 : out std_logic; -- CAT1 cat2 : out std_logic); -- CAT2 end HEX27SEG; architecture Behavioral of HEX27SEG is SIGNAL seg :std_logic_vector(0 to 6); BEGIN seg <= "1111110" when i=0 ELSE "0110000" when i=1 ELSE "1101101" when i=2 ELSE "1111001" when i=3 ELSE "0110011" when i=4 ELSE "1011011" when i=5 ELSE "1011111" when i=6 ELSE "1110000" when i=7 ELSE "1111111" when i=8 ELSE "1111011" when i=9 ELSE "1110111" when i=10 ELSE "0011111" when i=11 ELSE "0001101" when i=12 ELSE "0111101" when i=13 ELSE "1001111" when i=14 ELSE "1000111" when i=15; a <= seg(0); b <= seg(1); c <= seg(2); d <= seg(3); e <= seg(4); f <= seg(5); g <= seg(6); cat1 <= '0'; cat2 <= '1'; end Behavioral; M TAYARI.L Page 19 /32 TP N 2

-- exemple 4 :décodeur BCD 7 segments -- fichier BCD27SEG.vhd -- mode concourant -- utilise l'assignation conditionnelle WITH SELECT <= WHEN library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; entity BCD27SEG is Port ( i : in std_logic_vector(3 downto 0); -- SW1,SW2,SW3,SW4 a : out std_logic; -- AA b : out std_logic; -- AB c : out std_logic; -- AC d : out std_logic; -- AD e : out std_logic; -- AE f : out std_logic; -- AF g : out std_logic; -- AG cat1 : out std_logic; -- CAT1 cat2 : out std_logic); -- CAT2 end BCD27SEG; architecture Behavioral of BCD27SEG is SIGNAL seg :std_logic_vector(0 to 6); BEGIN WITH i SELECT seg <="1111110" WHEN "0000", "0110000" WHEN "0001", "1101101" WHEN "0010", "1111001" WHEN "0011", "0110011" WHEN "0100", "1011011" WHEN "0101", "1011111" WHEN "0110", "1110000" WHEN "0111", "1111111" WHEN "1000", "1111011" WHEN "1001", "-------" WHEN OTHERS ; a <= seg(0); b <= seg(1); c <= seg(2); d <= seg(3); e <= seg(4); f <= seg(5); g <= seg(6); cat1 <= '0'; cat2 <= '1'; end Behavioral; M TAYARI.L Page 20 /32 TP N 2

-- Exemple 5 : décodeur octal -- fichier Decodeur_octal.vhd -- mode combinatoire -- utilise l'assignation conditionnelle IF THEN ELSE dans un process library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; entity Decodeur_Octal is Port ( E : in std_logic_vector(2 downto 0); -- SW1,SW2,SW3 S0 : out std_logic; S1 : out std_logic; S2 : out std_logic; S3 : out std_logic; S4 : out std_logic; S5 : out std_logic; S6 : out std_logic; S7 : out std_logic); end Decodeur_Octal; -- LED1 -- LED2 -- LED3 -- LED4 -- LED5 -- LED6 -- LED7 -- LED8 architecture Behavioral of Decodeur_Octal is BEGIN PROCESS(E) BEGIN IF E="0000" THEN S0 <='1'; ELSE S0 <='0';END IF; IF E="0001" THEN S1 <='1'; ELSE S1 <='0';END IF; IF E="0010" THEN S2 <='1'; ELSE S2 <='0';END IF; IF E="0011" THEN S3 <='1'; ELSE S3 <='0';END IF; IF E="0100" THEN S4 <='1'; ELSE S4 <='0';END IF; IF E="0101" THEN S5 <='1'; ELSE S5 <='0';END IF; IF E="0110" THEN S6 <='1'; ELSE S6 <='0';END IF; IF E="0111" THEN S7 <='1'; ELSE S7 <='0';END IF; END PROCESS; end Behavioral; -- Exemple 6 : Décodeur 3 vers 8 -- fichier Dec3V8.vhd -- mode combinatoire -- utilise l'assignation conditionnelle CASE dans un process library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; entity Decodeur3V8 is Port ( SEL : in std_logic_vector(2 downto 0);-- SW1,SW2,SW3 S : out std_logic_vector(7 downto 0));-- LEDs 1 a 8 end Decodeur3V8; architecture Behavioral of Decodeur3V8 is begin PROCESS(SEL )BEGIN M TAYARI.L Page 21 /32 TP N 2

CASE SEL IS WHEN "000" => S <= "00000001"; WHEN "001" => S <= "00000010"; WHEN "010" => S <= "00000100"; WHEN "011" => S <= "00001000"; WHEN "100" => S <= "00010000"; WHEN "101" => S <= "00100000"; WHEN "110" => S <= "01000000"; WHEN OTHERS =>S <= "10000000"; END CASE; END PROCESS; end Behavioral; -- Exemple 7 : Démultiplexeur 1 vers 8 -- fichier demux1v8 -- mode combinatoire -- utilise l'assignation conditionnelle CASE dans un process -- utilise le mot clé OTHERS library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; entity Demux1V8 is Port ( E : in std_logic; -- BTN1 SEL : in std_logic_vector(2 downto 0); -- SW1,SW2,SW3 S : out std_logic_vector(7 downto 0)); -- LEDS 1 à 8 end Demux1V8; architecture Behavioral of Demux1V8 is BEGIN PROCESS(SEL,E) BEGIN CASE SEL IS WHEN "000" => S <= (0=>E,OTHERS=>'0'); WHEN "001" => S <= (1=>E,OTHERS=>'0'); WHEN "010" => S <= (2=>E,OTHERS=>'0'); WHEN "011" => S <= (3=>E,OTHERS=>'0'); WHEN "100" => S <= (4=>E,OTHERS=>'0'); WHEN "101" => S <= (5=>E,OTHERS=>'0'); WHEN "110" => S <= (6=>E,OTHERS=>'0'); WHEN OTHERS => S <=(7=>E,OTHERS=>'0'); END CASE; END PROCESS; end Behavioral; M TAYARI.L Page 22 /32 TP N 2

-- Exemple 8 :Commande d'un moteur 2 vitesses -- Machine d'état à sortie combinatoire -- la grande vitesse passe obligatoirement par la petite vitesse -- fichier com_mot_2_v.vhd library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; entity Com_Mot_2V is Port ( Clk : in std_logic; Rst : in std_logic; Ma_PV : in std_logic; MA_GV : in std_logic; At : in std_logic; K_PV : out std_logic; K_GV : out std_logic); end Com_Mot_2V; -- MCLK -- BTN1 -- BTN2 -- BTN3 -- BTN4 -- LED1 -- LED2 architecture Behavioral of Com_Mot_2V is type type_etat is (arret, p_vitesse,g_vitesse); signal etat: type_etat; begin process (clk, rst) begin if rst='1' then etat <= arret; elsif (clk'event and clk='1') then case etat is when arret => if Ma_PV='1' then etat <= p_vitesse; end if; when p_vitesse => if At = '1' then etat <= arret; elsif Ma_GV ='1'then etat <= g_vitesse; end if; when g_vitesse => if At='1' then etat <= arret; elsif Ma_PV='1'then etat <= p_vitesse; end if; end case; end if; end process; -- assignation des sorties K_PV <='1'when etat=p_vitesse else '0'; K_GV <='1'when etat=g_vitesse else '0'; end Behavioral; M TAYARI.L Page 23 /32 TP N 2

Exemple 9 : Commande d un moteur à 2 sens de rotation Description comportementale par une machine d états Le fichier VHDL est obtenu par compilation du diagramme EX_14 Machine d états Ex_14 -- C:\JOB\XILINX_JOB\EXEMPLE_14\EX_14.vhd -- VHDL code created by Xilinx's StateCAD 5.03 -- Sun Oct 17 10:53:40 2004 -- This VHDL code (for use with Xilinx XST) was generated using: -- enumerated state assignment with structured code format. -- Minimization is enabled, implied else is enabled, -- and outputs are area optimized. LIBRARY ieee; USE ieee.std_logic_1164.all; ENTITY EX_14 IS PORT (CLK,at,mar,mav,rst: IN std_logic; ar,av : OUT std_logic); END; --MCLK,BTN2,BTN1,BTN3,BTN4 ARCHITECTURE BEHAVIOR OF EX_14 IS TYPE type_sreg IS (Arret,Arriere,Avant); SIGNAL sreg, next_sreg : type_sreg; BEGIN PROCESS (CLK, rst) BEGIN IF ( rst='1' ) THEN sreg <= Arret; ELSIF CLK='1' AND CLK'event THEN sreg <= next_sreg; END IF; END PROCESS; PROCESS (sreg,at,mar,mav) M TAYARI.L Page 24 /32 TP N 2

BEGIN ar <= '0'; av <= '0'; next_sreg<=arret; CASE sreg IS WHEN Arret => av<='0'; ar<='0'; IF ( mav='0' AND mar='0' ) OR ( mar='1' AND mav='1' THEN next_sreg<=arret; END IF; IF ( mav='1' AND mar='0' ) THEN next_sreg<=avant; END IF; IF ( mar='1' AND mav='0' ) THEN next_sreg<=arriere; END IF; WHEN Arriere => av<='0'; ar<='1'; IF ( at='1' ) THEN next_sreg<=arret; ELSE next_sreg<=arriere; END IF; WHEN Avant => av<='1'; ar<='0'; IF ( at='1' ) THEN next_sreg<=arret; ELSE next_sreg<=avant; END IF; WHEN OTHERS => END CASE; END PROCESS; END BEHAVIOR M TAYARI.L Page 25 /32 TP N 2

GE 3 èmme Année LEAII51 ENSEIGNANT : M. TAYARI LASSAAD TP 3 T P N 3 conceptions de systèmes numériques Création de composants personnalisés avec ISE de Xilinx (V9.2i) (Création d une série d additionneurs complets 2bits, 3bits, 4 bits, 8 bits et 16 bits) I. Objectif L objectif de ce module de TP est d apprendre à utiliser les outils de la suite logicielle ISE design sofware de la société Xilinx pour configurer des circuits logiques programmables à partir d une description mixte schématique et VHDL dont le but de définir de nouveaux composants personnelles. Pré Requis : Connaître les fonctions logiques de base. Initiation de base sur ISE. (TP1 et TP2) II. Déroulement 2- Lancement de ISE 9.2 et création d un nouveau composant Dans l environnement ISE, un projet est un regroupement de fichiers en rapport avec un système ou un design en particulier. Par exemple, dans le cadre d un cours, on pourrait avoir un projet par laboratoire ou par devoir. 1. Lancer ISE 9.2 en cliquant deux fois sur l icône sur le bureau de travail ou en choisissant Start Programs XilinxISE 9.2i Project Navigator. 2. Choisir File New Project 3. Donner un nom pertinent à votre nom de projet. M TAYARI.L Page 26 /32 TP N 2

4. choisir Schematic comme Top-Level Source Type. 5. Ensuite cliquer sur Next 6. Vérifier que les paramètres sont identiques à la figure suivante. Family permet de choisir la famille de FPGA, et Device permet de sélectionner le sous-type (nombre de portes logiques). Package définit le type de boitier : dans le cas présent, nous utilisons un FPGA Spartan 3 XC3S200 à 256 pattes. Appuyer sur Next. 7. Sélectionner le menu Project new Source 8. Sélectionner schematic comme source et entrer le nom du schéma que vous allez créer. 9. Vérifier que l option Add to project est cochée. M TAYARI.L Page 27 /32 TP N 2

10. Cliquer sur sur Next. Cliquez sur Finish. 11. Cliquer sur l onglet sources si nécessaire (partie gauche et en haut de l écran), puis dans la fenêtre sources cliquer deux fois sur votre fichier pour ouvrir l éditeur de schémas. 12. Vous devriez obtenir le schéma final suivant. 13. Selectionner «Tools Symbol Wizard». 14. Cliquer sur sur Next. 15. Definir le nom du composant ainsi que ses bords( nom :addition1bit ;a,b,r0 :input ;s,r1 :output) 16. Cliquer sur sur Next. M TAYARI.L Page 28 /32 TP N 2

16. Cliquer sur sur Next. 17. Cliquez sur Finish. M TAYARI.L Page 29 /32 TP N 2

18- Dans la fenêtre source onglet «Catgories» sélectionner «addition», puis dans «symbols» sélectionner le composant «addition1bit» 19. Pointer la sourie sur le composant «addition1bit», en suite avec le bouton droite sélectionner «symbol push into symbol» 20. Cliquez sur yes. M TAYARI.L Page 30 /32 TP N 2

21. sélectionner vhdl le fichier addition1bit.vhd sera générer 22.Dans la zone architecture, donner les équations de l additionneur : 23. Vérifier que synthesis/implementation est sélectionné dans la liste déroulante de la fenêtre sources. 24. Sélectionner le fichier VHDL addition1bit pour afficher les processus liés dans la fenêtre processes. 25. Cliquer sur le «+» à coté de synthesize-xst. 26. Double-cliquer sur le processus check syntax. Si tout va bien, un crochet vert apparaît. Sinon, consulter les messages d erreur dans la console au bas de l écran. 27. Corriger les erreurs s il y a lieu, puis fermer le fichier VHDL. 28. Sélectionner le fichier addition.sch (schéma) pour ajouter les marques d entrée/soritie (I/O marker). 29. vérifier le montage par une simulation. 30. télécharger le montage dans le circuit et vérifier son fonctionnement. M TAYARI.L Page 31 /32 TP N 2

3- création d un additionneur 2bits : En utilisant l additionneur 1bit créé précédemment, un nouveau composant qui permet une addition sur 2bits. Tester le. 4- création d un additionneur 3bits : En utilisant l additionneur 1bit et l additionneur 2 bits créés précédemment, un nouveau composant qui permet une addition sur 3bits. Tester le. 5- création d un additionneur 4bits : En utilisant l additionneur 2bits créé précédemment, un nouveau composant qui permet une addition sur 4bits. Tester le. 6- création d un additionneur 8bits : En utilisant l additionneur 4bits créé précédemment, un nouveau composant qui permet une addition sur 8bits. Tester le. 7- création d un additionneur 16bits : En utilisant l additionneur 8bits créé précédemment, un nouveau composant qui permet une addition sur 16bits. Tester le. M TAYARI.L Page 32 /32 TP N 2