1 Creazione di un Account Per poter accedere ai pc del LAB2 è necessario creare il nuovo account utente (se non lo avete già) con user name del tipo s ; gli account con user name tipo x verranno cancellati dal 1° Novembre! Per creare i nuovi account è necessario effettuare laccesso ai pc con: USER= nuovi PASSWORD= nuovi poi seguite la procedura guidata. UNA VOLTA CREATO IL NUOVO ACCOUNT DOVETE EFFETTUARE IL LOGOUT E POI EFFETTUARE IL LOGIN CON IL NUOVO ACCOUNT Esercitazioni di Reti Logiche

2 Dal sito: www-lia.deis.unibo.it/materiale/retilogiche scaricate i 3 file (mux4.qpf,.bdf,.vwf). È importante che i file siano nella stessa cartella e che non vengano rinominati!

3 Cosè Quartus II Quartus II è un software nato per programmare gli FPGA (Field Programmable Gate Array): partendo da un codice sorgente scritto in linguaggio VHDL, che descrive il circuito logico, Quartus II traduce in hardware tale codice sorgente. Dopo aver compilato il codice è possibile simulare il circuito virtuale prima di programmare lFPGA. Inoltre nelle ultime versioni di Quartus II è disponibile un editor grafico che permette di disegnare il circuito logico, evitando così di dover programmare in VHDL. Dunque leditor grafico e il tool di simulazione rendono Quartus II un software perfetto per le nostre esercitazione in laboratorio! Quartus II è disponibile nella versione Web Edition, gratuita, ed è scaricabile dal sito web di Altera (è necessario registrarsi). Quartus II Web Edition Software v9.0 Service Pack 2Quartus II Web Edition Software v9.0 Service Pack 2 (1.31 GB)

4 File.qpf : contiene tutte le informazioni sul progetto e viene generato in automatico alla fine del New Project Wizard. Aprendo il file.qpf si caricano anche tutti gli altri file associati al progetto. File.bdf : è il file che contiene il circuito logico, questo file viene generato dal Graphic Editor File.vwf : è il file contenente le forme donda dingresso necessarie a simulare il circuito e dopo la simulazione viene aggiornato con la forme donda duscita I File di Quartus Quartus II lavora con moltissimi tipi di file, ma quelli che davvero ci interessano sono solo 3, gli altri vengono generati e utilizzati in automatico dal programma quindi noi non li utilizzeremo mai direttamente.

5 Come funziona Quartus II VHDL Editor Grafico Generazione Netlist Analisi ed Elaborazione Simulazione Forme donda Sintesi ed Elaborazione Generazione File Programmazione FPGA Non verrà trattato in questo corso

6 Accedere alla finestra Customize dal menu Tools, quindi selezionare MAX+PLUS II nel tab General. Impostazioni iniziali per Quartus Per le esercitazioni utilizzeremo Quartus II con linterfaccia di MAX+PLUS II. Allavvio, nel campo Look, scegliete MAX+PLUS II, oppure una volta avviato Quartus II seguite il seguente procedimento:

7 Poi nel tab Toolbars scegliere Standard MAX+PLUS II. Lasciare il resto a default. Impostazioni iniziali per Quartus

8 Un esempio Progetto di un Multiplexer a quattro vie (MUX4)

9 Il Multiplexer (MUX) è un circuito con 2^N ingressi, N segnali di selezione (quindi 2^N + N ingressi) e 1 uscita. La sua funzione è portare in uscita uno ed uno solo dei segnali di ingresso, in base al valore dei suoi segnali di selezione. Da qui si deduce che se (prendiamo come esempio un mux a 4 ingressi e 1 uscita): La relazione ingresso-uscita dipende da come è costruito il mux, in ogni modo la più comune descrizione logica di un mux è la seguente: dove S0 ed S1 sono i segnali di selezione S1S0OUT 00IN 0 01IN 1 10IN 2 11IN 3 Cosè un Multiplexer?

10 Apertura del progetto Per questo primo esempio servono i file mux4.qpf mux4.bdf e mux4.vwf scaricabili dal sito dellesercitazione. I 3 file devono essere in ununica cartella. Per prima cosa aprite il file di progetto mux4.qpf con Quartus II. Quando lo aprirete non vedrete niente, tranne il percorso del file in alto, perché il file.qpf contiene solo delle informazioni sui file che bisogna simulare. I tre file vanno aperti nella stessa finestra di Quartus II! Quindi aprite il.qpf e poi dalla finestra di Quartus II dovè aperto il.qpf aprite gli altri file. Se fate doppio click su ogni file, verrà aperto 3 volte Quartus II in 3 finestre diverse E NON VA BENE! Ora aprite il file.bdf e dal menu Project cliccate Add Current File To Project… (se lopzione non è cliccabile significa che il file è già presente nel progetto: meglio così!) quindi ripetete loperazione per il file.vwf. Per verificare che i file.bdf e.vwf siano stati aggiunti correttamente al progetto potete cliccare su Add/Remove Files In Project dal menu project: se nella lista non compaiono i 2 files dovete selezionarli uno alla volta e cliccare di nuovo Add Current File To Project…

11 Come potete vedere ci siamo fermati ad un livello di astrazione che comprende solo gate logici, senza scendere al livello dei transistor. Il multiplexer (MUX) può essere realizzato in svariati modi e per questa esercitazione abbiamo scelto il circuito con decoder a 2 ingressi e 4 uscite, 4 AND a 2 ingressi e 1 OR a 4 ingressi. I due ingressi del decoder sono i segnali di selezione del MUX e gli ingressi dei 4 AND sono gli ingressi del MUX. Comè fatto un MUX IN0 IN1 IN2 IN3 OUT S0 S1

12 Decoder Input(Dec)= =S[1..0]= i (base 10) Output(Dec) Uscita attiva per i=0 Output(AND)=IN0 quando i=0

13 Le quattro uscite del decoder sono sempre tutte a 0 tranne una a 1: in pratica si attiva solo luscita i-esima del decoder dove i è la corrispondente cifra decimale dellingresso (es.: S1=1, S0=1 => Input(Dec)=11 => i=3 ) e luscita di destra del decoder è quella attiva per i=0. Dunque i 4 AND collegati ai 4 ingressi del MUX saranno attivi 1 alla volta: è attivato solo lAND collegato allingresso i-esimo del MUX (dove i ha lo stesso valore di prima), quindi luscita dellAND attivo è INi che viene portata in ingresso allOR, i cui ingressi sono tutti a 0 tranne uno che vale INi di conseguenza luscita dellOR è INi. Funzionamento

14 Impostazioni per la simulazione Dal menu Assignments cliccare su Settings… e selezionare dal menu a sinistra Simulator Settings, quindi assicurarsi che nel campo Simulation Mode sia selezionata lopzione Functional e non Timing, altrimenti la simulazione non viene effettuata nel modo corretto, perché vengono tenuti in considerazione i ritardi di propagazione dei gate logici (il che richiede alcuni minuti)

15 Analisi, Netlist e Simulazione A questo punto possiamo iniziare ad utilizzare Quartus II. Il circuito è già pronto per lanalisi. Quindi dal menu Processing -> Start selezionare Start Analysis & Elaboration. Il processo testa il circuito, verifica cioè che le connessioni siano corrette, che gli ingressi e le uscite siano nella giusta direzione, ecc… Prima di passare alla simulazione vera e propria è necessario creare la Netlist del circuito. Dal menu Processing cliccare su Generate Functional Simulation Netlist. Ora possiamo finalmente simulare il circuito con le forme donda dingresso presenti nel file.vwf. Cliccate su Processing -> Start Simulation. Finito il processo, per vedere il risultato della simulazione selezionate il file.vwf in Quartus II e se richiesto salvate la forma donda duscita.

16 Editor Grafico Generazione Netlist Analisi ed Elaborazione Simulazione Forme donda 1) Processing -> Start -> Start Analysis & Elaboration 2) Processing -> Generate Functional Simulation Netlist 3) Processing -> Start Simulation Riassumendo…

17 Ora potete modificare i 6 segnali dingresso per simulare differenti casi di funzionamento del MUX. Per modificare un segnale è sufficiente selezionarne una parte (oppure tutto) e assegnargli un valore con i comandi sulla sinistra oppure con il doppio click sulla selezione e linserimento del valore binario nel campo value. Attenzione: i 4 segnali di input (IN i) sono descritti da un solo bit, quindi nel campo value dovete inserire 1 o 0, mentre i 2 segnali di selezione sono raggruppati in un unico segnale descritto da un vettore di 2 bit, quindi il valore di value è a 2 bit (es.: value= 10 ) Modifica delle forme donda

18 Per creare un nuovo progetto andare in File -> New Project Wizard Nel primo campo indicare la directory in cui verranno salvati i file del progetto (conviene creare una cartella contenente una cartella diversa per ogni progetto!). Nel secondo campo indicare il nome del progetto. Il terzo campo verrà riempito automaticamente con lo stesso nome del progetto. Cliccare Finish Creare un nuovo progetto

19 Creazione dello schema logico Dal menu MAX+PLUS II aprire il Graphic Editor. Utilizzando semplicemente il Symbol Tool e il Node Tool è possibile disegnare un circuito. Symbol Tool Apre la libreria per selezionare i componenti da aggiungere Text Tool Permette di scrivere del testo Node Tool Disegna i fili di collegamento tra i componenti Zoom Specchia il componente Ruota il componente

20 Creazione dello schema logico La libreria interna di Quartus contiene molti componenti, sia elementari (AND, OR, ecc…) sia più complessi, sufficienti a creare tutti gli schemi che verranno utilizzati durante le esercitazioni. Per prima cosa vanno piazzati i componenti utilizzando il Symbol Tool. Premendo il relativo pulsante si aprirà una finestra nella quale si può scegliere un componente per volta navigando tra le varie categorie (i gate elementari sono in Primitives -> Logic). Una volta piazzati sullarea di lavoro, i componenti si possono spostare, ruotare, specchiare e rinominare.

21 Creazione dello schema logico A questo punto bisogna effettuare le connessioni con Orthogonal Node Tool prestando molta attenzione ai collegamenti con gli ingressi/uscite dei componenti. Nellesempio possiamo vedere che il collegamento a destra è stato effettuato correttamente mentre il collegamento a sinistra è errato. Infatti anche se graficamente il filo è a contatto con lingresso dellAND, il collegamento reale non cè!!! Il Graphic Editor evidenzia con una X le terminazioni dei fili volanti Collegamento sbagliato Collegamento corretto

22 Creazione dello schema logico Finito di creare il circuito logico bisogna specificare quali sono i nodi di ingresso e di uscita. Quartus è in grado di riconoscere in automatico solo alcuni nodi di input e output cioè solo quelli non connessi a niente! Nellesempio riconosce luscita dellOR come output e solo gli ingressi non connessi degli AND come input, mentre non è in grado di riconoscere i due ingressi centrali degli AND in quanto sono connessi tra loro! Per lassegnazione in automatico bisogna selezionare tutto le schema (o un gate per volta), cliccare con il tasto destro e selezionare lopzione Generate Pins for Symbol Ports

23 Creazione dello schema logico IN1, IN2 e OUT sono stati aggiunti con il procedimento descritto prima, mentre Input_Symbol_Tool è stato aggiunto con Symbol Tool (Primitives -> Pin) come fosse un normale componente ed è stato collegato al circuito Ora il circuito è finito ed è pronto per lanalisi (non la simulazione!). Quindi dal menu Processing -> Start selezionare Start Analysis & Elaboration. Il processo testa il circuito, verifica cioè che le connessioni siano corrette, che gli ingressi e le uscite siano nella giusta direzione, ecc… Al termine se lesito è Not Successful in basso verranno indicati Errors e Warnings: leggeteli attentamente per capire dovè lerrore! Se lesito invece è positivo potrete simulare il circuito.

24 Prima di passare alla simulazione vera e propria è necessario creare la Netlist del circuito. Dal menu Processing cliccare su Generate Functional Simulation Netlist. Se il processo di Analysis & Elaboration ha avuto esito negativo o non è stato eseguito non è possibile creare la Netlist! La generazione della Netlist si può effettuare solo dopo un Analysis & Elaboration andata a buon fine. Inoltre se lanalisi precedente ha avuto esito positivo ma con alcuni Warnings allora la generazione della Netlist potrebbe non andare a buon fine, in tal caso è necessario risolvere i Warnings e ripetere la generazione della Netlist. La Netlist va rigenerata ogni volta che si modifica il circuito, dopo il processo di Analysis & Elaboration. Netlist

25 Vector Waveform File (.vwf ) Per assegnare gli ingressi di un circuito è necessario creare un file.vwf. Per fare ciò cliccare su File -> New e selezionare Vector Waveform File Quindi doppio click sulla tabella vuota a sinistra -> Node Finder… Lasciate tutto a default, assicurandovi che nel campo Filter sia selezionata lopzione Pins: all, ora cliccate su List: vi compariranno in automatico tutti gli ingressi e le uscite del vostro circuito. Doppio Click qui

26 Simulazione del circuito Selezionate i segnali che vi interessano (generalmente tutti!) e questi vi compariranno nella schermata principale, ora è necessario impostare lEnd Time della simulazione dal menu Edit e dopo, coerentemente, la Grid Size… (non ha senso impostare End Time= 1s e Grid Size= 1us : avrete la griglia divisa in 1milione di parti!). Per modificare un segnale, selezionate la parte del segnale che vi interessa e con i comandi sulla sinistra (o con il tasto destro del mouse -> Value) assegnategli un valore. Ora potete finalmente simulare il vostro circuito dal menu Processing -> Start Simulation