الدرس السادس – ذاكرة المعطيات (الحلقات و المصفوفات)

سلسلة من الدروس في لغة توصيف العتاد الصلبVHDL

الدرس السادس – ذاكرة المعطيات (الحلقات و المصفوفات)

الحلقات

تستخدم الحلقات في لغة توصيف العتاد الصلب VHDL لتكرار إسناد قيمة إلى شعاع مثلاً أو إلى مصفوفة و توجد ضمن Process.

تقسم الحلقات إلى نوعين:

–         حلقات غير مقيدة بشرط FOR.

–         حلقات مقيدة بشرط WHILE.

الحلقات غير المقيدة بشرط FOR:  

FOR i IN 0 TO 9 LOOP

— some code here

END LOOP;

تتكرر الحلقة السابقة عشر مرات يأخذ فيها i القيم من 0 – 9 .

FOR i IN 9 DOWNTO 0 LOOP

— some code here

END LOOP;

تتكرر الحلقة السابقة عشر مرات أيضاً و يأخذ فيها i القيم من 9 – 0 .

الحلقات مقيدة بشرط WHILE

WHILE (condition) LOOP

— some code here

END LOOP;

تتكرر الحلقة حتى تحقق الشرط condition.

المصفوفات

لتعريف المصفوفات في لغة الـ VHDL يجب المرور بمرحلتين

–         تعريف نوع جديد من البيانات لتحديد حجم المصفوفة و نوعها.

TYPE myarray IS ARRAY (0 TO 3) OF STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);

–         تعريف إشارة Signal  من نوع البيانات الجديد المعرف.

SIGNAL X : myarray;

تكون X في هذه الحالة مصفوفة مؤلفة من أربعة أسطر كل سطر هو شعاع من نوع

STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0)

أي هي مصفوفة بحجم (8 × 4)، يسمى هذا النوع من المصفوفات بالمصفوفات 1D × 1D.

الوصول إلى حجرات المصفوفة

يمكن الوصول إلى المصفوفة سطراً سطراً و ذلك بتحديد رقم السطر

X(رقم السطر)

أو يمكن الوصول إلى كل حجرة على حدا و ذلك بتحديد رقم السطر ثم رقم العمود

X(رقم العمود)(رقم السطر)

بما أننا عرفنا المصفوفة على شكل إشارة SIGNAL  فلإسناد قيمة إلى سطر أو حجرة فإننا نستخدم دلالة الإسناد “<= ” و طبعاً يكون حجم البيانات المسندة بحجم السطر إن كنا نتعامل مع أسطر المصفوفة، أو بحجم الحجرة.

الذواكر

آلية عمل الذاكرة RAM

تتألف الذاكرة من مصفوفة من الحجرات الذاكرة التي تمثل كل منها مسجل، يوجد للذاكرة ممر للعناوين و ممر  للبيانات المدخلة إلى الذاكرة و آخر للبيانات الخارجة من الذاكرة. يوجد إشارة تحكم خاصة بالقراءة و أخرى خاصة بالكتابة و قد يدمجان في خط واحد.

سنقوم بتوصيف ذاكرة 64 بايت مؤلفة من 64 حجرة ذاكرية كل منها هو مسجل بطول 8 بت (1 بايت). تمتلك هذه الذاكرة ممر عناوين بعرض 3 بت و  ممري بيانات كل منهما بعرض 8 بت. يوجد إشارة تحكي وحيدة MemRW بحيث تكون العملية قراءة عندما تكون

MemRW = 1 و تكون العملية كتابة عندما تكون MemRW = 0 .

توصف الذاكرة RAM

1: LIBRARY IEEE;

2: USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

3: USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;

4: USE IEEE.STD_LOGIC_SIGNED.ALL;

————————————–

5: ENTITY dmemory IS

6: PORT( read_data : OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0 );

7: address : IN STD_LOGIC_VECTOR( 5 DOWNTO 0 );

8: write_data : IN STD_LOGIC_VECTOR( 7 DOWNTO 0 );

9: MemRW: IN STD_LOGIC;

10: clock, reset : IN STD_LOGIC );

11: END dmemory;

————————————–

12: ARCHITECTURE behavioral OF dmemory IS

13:   TYPE memArray IS ARRAY (0 TO 63) OF STD_LOGIC_VECTOR (7 DOWNTO 0);

14:  SIGNAL mem : memArray;

15: BEGIN

16: PROCESS (clock,reset)

17:    BEGIN

18:   IF (clock’event AND clock=’0′)THEN

19:   IF(reset=’1′)THEN

20:     FOR i IN 63 DOWNTO 0 LOOP

21:       mem(i) <= “00000000”;

22:     END LOOP;

23:   END IF;

24:       IF(MemRW = ‘1’) THEN

25:     read_data <= mem (CONV_INTEGER(address));

26:       ELSE

27:    mem (CONV_INTEGER (address)) <= write_data ;

28:       END IF;

29:      END IF;

30:  END PROCESS;

31:END behavioral;

CONV_INTEGER:       

تسمح مكتبة IEEE.STD_LOGIC_ARITH بتحويل النوع STD_LOGIC_VECTOR إلى النوع  INTTEGER و ذلك اعتماداً على آلية الانتقال من نظام العد الثنائي إلى نظام العد العشري.

المحاكاة

    

التطبيق على لوحة الاختبار

لاختبار نجاح التصميم و عمله بشكل صحيح فيزيائياً نقوم بعد برمجة شريحة الـ FPGA بإجراء عملية كتابة على إحدى  الحجرات الذاكرة ثم القراءة من نفس الحجرة.

الإسناد:

سنقوم بإسناد المداخل و المخارج إلى أقطاب الشريحة و ذلك اعتماداً على مخطط لوحة الاختبار و ربطها مع أقطاب الشريحة الموجود في الملف DE2_115_User_manual.

الإسناد موضح في الجدول التالي :

Description

FPGA Pin No.

Signal Name

Port

50 MHz clock input

PIN_Y2

CLOCK_50

clock

Push-button[3]

PIN_R24

KEY[3]

reset

Slide Switch[17]

PIN_Y23

SW[17]

MemRW

Slide Switch[16]

PIN_Y24

SW[16]

address[2]

Slide Switch[15]

PIN_AA22

SW[15]

address[1]

Slide Switch[14]

PIN_AA23

SW[14]

address[0]

Slide Switch[7]

PIN_AB26

SW[7]

write_data[7]

Slide Switch[6]

PIN_AD26

SW[6]

write_data[6]

Slide Switch[5]

PIN_AC26

SW[5]

write_data[5]

Slide Switch[4]

PIN_AB27

SW[4]

write_data[4]

Slide Switch[3]

PIN_AD27

SW[3]

write_data[3]

Slide Switch[2]

PIN_AC27

SW[2]

write_data[2]

Slide Switch[1]

PIN_AC28

SW[1]

write_data[1]

Slide Switch[0]

PIN_AB28

SW[0]

write_data[0]

LED Red[7]

PIN_H19

LEDR[7]

read_data[7]

LED Red[6]

PIN_J19

LEDR[6]

read_data[6]

LED Red[5]

PIN_E18

LEDR[5]

read_data[5]

LED Red[4]

PIN_F18

LEDR[4]

read_data[4]

LED Red[3]

PIN_F21

LEDR[3]

read_data[3]

LED Red[2]

PIN_E19

LEDR[2]

read_data[2]

LED Red[1]

PIN_F19

LEDR[1]

read_data[1]

LED Red[0]

PIN_G19

LEDR[0]

read_data[0]

بما أننا أسندنا مدخل الـ reset  إلى push button فيجب تعديل التوصيف ليصبح التصفير عند المستوى المنخفض لإشارة reset  و ذلك لأن الـ push button تعطي ‘0’(المستوى المنخفض) عند ضغطها و قد عرفنا ذلك من ملف DE2_115_User_manual.

About زين العابدين

مهندس حواسيب - معهد IDA - جامعة Braunshweig التقنية.
هذا المنشور نشر في دروس تعليمية وكلماته الدلالية , , , . حفظ الرابط الثابت.

أضف تعليقاً

إملأ الحقول أدناه بالمعلومات المناسبة أو إضغط على إحدى الأيقونات لتسجيل الدخول:

WordPress.com Logo

أنت تعلق بإستخدام حساب WordPress.com. تسجيل خروج   / تغيير )

صورة تويتر

أنت تعلق بإستخدام حساب Twitter. تسجيل خروج   / تغيير )

Facebook photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Facebook. تسجيل خروج   / تغيير )

Google+ photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Google+. تسجيل خروج   / تغيير )

Connecting to %s