Max10 FPGA Tutorial: Analyse, Synthese und Programmierung

Inhaltsverzeichnis:

1. Einführung in das Projekt
2. Analyse und Synthese
3. Kompilation und Netlist
4. RTL Viewer
5. Berichte
6. Schaltschema und Optimierung
7. Ganzaddierer
8. BCD zu 7-Segment Display Treiber
9. Digitaler Vergleicher
10. Top-Level-Entität und Hierarchie
11. Verbindungen und Zuordnungen
12. Kompilierung des Top-Level-Entität
13. Programmierung des FPGAs

Einführung in das Projekt

Das Projekt beinhaltet die Analyse, Synthese und Programmierung eines FPGA. Bevor wir mit dem Projekt beginnen, müssen wir sicherstellen, dass der Code synthesefähig ist. Dazu führen wir eine Analyse und Synthese durch. Nachdem die Kompilation erfolgreich abgeschlossen ist, können wir uns die generierte Netlist und das Schaltschema anzeigen lassen. Im RTL Viewer können wir die logischen Elemente, die für die Implementierung verwendet werden, betrachten. Wir werden einen Ganzaddierer und einen BCD zu 7-Segment Display Treiber erstellen. Außerdem werden wir einen digitalen Vergleicher einbinden. Nachdem wir die Hierarchiestruktur erstellt und die Verbindungen festgelegt haben, können wir das Top-Level-Entität kompilieren und schließlich das FPGA programmieren.

Analyse und Synthese

In der ersten Phase des Projekts führen wir eine Analyse und Synthese durch, um festzustellen, ob der Code synthesefähig ist. Nicht jeder HDL-Code ist synthesefähig. Nachdem die Analyse und Synthese abgeschlossen sind, können wir feststellen, ob das Projekt synthesefähig ist und die logischen Elemente enthält, die zur Implementierung erforderlich sind.

Kompilation und Netlist

Nachdem die Analyse und Synthese erfolgreich abgeschlossen sind, können wir mit der Kompilation des Codes fortfahren. Bei der Kompilation wird die Netlist generiert, die das Schaltschema der logischen Elemente darstellt. Durch die Kompilation erhalten wir Berichte, die Informationen über die verwendeten logischen Elemente, die Anzahl der Pins und andere Details enthalten.

RTL Viewer

Der RTL Viewer ermöglicht es uns, das generierte Schaltschema zu betrachten. Wir können sehen, dass der Ganzaddierer und der BCD zu 7-Segment Display Treiber gemäß der Beschreibung im Code implementiert wurden. Der Ganzaddierer berechnet die Summe der Eingabewerte und generiert einen Carry-Ausgang. Der BCD zu 7-Segment Display Treiber macht sich die logischen Funktionen zunutze, um die Eingabewerte in ein geeignetes Format für das 7-Segment Display umzuwandeln.

Berichte

Die Berichte geben uns detaillierte Informationen über das Projekt. Wir erhalten Informationen über die Anzahl der verwendeten logischen Elemente, die Anzahl der Pins und andere relevante Informationen. Diese Berichte helfen uns, die Optimierung des Projekts zu überprüfen.

Schaltschema und Optimierung

Das generierte Schaltschema zeigt uns die Anordnung der logischen Elemente im Projekt. Es handelt sich um einen komplexen Block, der aus einer Reihe von digitalen Vergleichern besteht. Das Schaltschema wurde mit einer nicht professionellen Edition erstellt, was bedeutet, dass die Optimierung nicht sehr ausgefeilt ist. Eine professionelle Edition kann möglicherweise ein optimierteres Schaltschema mit geringeren Verzögerungszeiten liefern.

Ganzaddierer

Der Ganzaddierer ist ein logisches Element, das verwendet wird, um die Summe von zwei binären Zahlen zu berechnen. Er besteht aus XOR- und AND-Gattern. Die Summe wird durch die XOR-Verbindung der Eingabewerte berechnet und der Carry-Ausgang wird durch die AND-Verbindung der Eingabewerte berechnet. Der Ganzaddierer wird in unserem Projekt verwendet, um die Summe von drei Eingabewerten zu berechnen.

BCD zu 7-Segment Display Treiber

Der BCD zu 7-Segment Display Treiber ist ein logisches Element, das verwendet wird, um BCD (Binary-Coded Decimal) Werte in ein geeignetes Format für die Anzeige auf einem 7-Segment Display umzuwandeln. In unserem Projekt wird der Treiber verwendet, um die Ausgabe des Ganzaddierers in das entsprechende Format für das 7-Segment Display umzuwandeln.

Digitaler Vergleicher

Der digitale Vergleicher ist ein logisches Element, das verwendet wird, um zwei binäre Zahlen zu vergleichen. In unserem Projekt verwenden wir den digitalen Vergleicher, um den Eingabewert mit einem vordefinierten Wert zu vergleichen und je nach Ergebnis den entsprechenden Ausgang zu aktivieren.

Top-Level-Entität und Hierarchie

Die Top-Level-Entität ist der Hauptbaustein unseres Projekts. Hier werden der Ganzaddierer und der BCD zu 7-Segment Display Treiber in die Hierarchie eingefügt. Wir erstellen ein Schaltplan-Symbol für jeden Block und fügen sie der Top-Level-Entität hinzu. Dadurch entsteht eine Struktur, in der die Blöcke miteinander verbunden sind.

Verbindungen und Zuordnungen

Um die Verbindungen herzustellen, müssen wir die Eingänge und Ausgänge den entsprechenden Pins des Boards oder den Eingängen des BCD zu 7-Segment Display Treibers zuordnen. Wir verwenden hierfür spezielle Bezeichnungen und Verweise auf die Eingaben und Ausgaben. Es ist wichtig, dass die Zuordnungen korrekt erfolgen, damit das Projekt ordnungsgemäß funktioniert.

Kompilierung des Top-Level-Entität

Nachdem alle Verbindungen und Zuordnungen vorgenommen wurden, können wir das Top-Level-Entität kompilieren. Bei der Kompilierung wird überprüft, ob alle Verbindungen korrekt hergestellt wurden und ob das gesamte Projekt ordnungsgemäß funktioniert. Wenn die Kompilierung erfolgreich abgeschlossen ist, erhalten wir eine Bestätigungsmeldung.

Programmierung des FPGAs

Nachdem das Top-Level-Entität erfolgreich kompiliert wurde, können wir mit der Programmierung des FPGAs fortfahren. Hierbei wird der Code in das FPGA geladen und das Projekt wird darauf ausgeführt. Durch die Programmierung des FPGAs können wir die Funktionalität und Korrektheit des Projekts überprüfen.

Highlights

• Analyse und Synthese des HDL-Codes
• Erzeugung der Netlist und Darstellung des Schaltschemas
• Implementierung des Ganzaddierers und des BCD zu 7-Segment Display Treibers
• Verwendung eines digitalen Vergleichers
• Aufbau der Hierarchie und Verbindungen zwischen den Blöcken
• Kompilierung und Programmierung des FPGAs

FAQ

Frage: Ist es notwendig, den HDL-Code vor der Kompilierung zu analysieren und zu synthetisieren? Antwort: Ja, die Analyse und Synthese des HDL-Codes sind wichtige Schritte, um sicherzustellen, dass der Code synthesefähig ist und die logischen Elemente richtig implementiert sind.

Frage: Gibt es eine Möglichkeit, das Schaltschema zu optimieren und die Verzögerungszeiten zu minimieren? Antwort: Ja, mit einer professionellen Edition können Sie ein optimiertes Schaltschema mit geringeren Verzögerungszeiten erhalten.

Frage: Wofür wird der Ganzaddierer verwendet? Antwort: Der Ganzaddierer wird verwendet, um die Summe von drei binären Zahlen zu berechnen.

Frage: Welche Funktion hat der BCD zu 7-Segment Display Treiber? Antwort: Der BCD zu 7-Segment Display Treiber wandelt BCD-Werte in ein geeignetes Format für die Anzeige auf einem 7-Segment Display um.

Frage: Was ist ein digitaler Vergleicher? Antwort: Ein digitaler Vergleicher ist ein logisches Element, das verwendet wird, um zwei binäre Zahlen zu vergleichen und je nach Ergebnis den entsprechenden Ausgang zu aktivieren.

Frage: Was ist die Top-Level-Entität? Antwort: Die Top-Level-Entität ist der Hauptbaustein des Projekts, in dem die Blöcke miteinander verbunden sind und das gesamte Projekt koordiniert wird.

Frage: Wie werden die Verbindungen hergestellt? Antwort: Die Verbindungen werden durch Zuordnung der Eingänge und Ausgänge zu den entsprechenden Pins und Eingängen hergestellt.

Frage: Was passiert bei der Programmierung des FPGAs? Antwort: Bei der Programmierung des FPGAs wird der Code in das FPGA geladen und das Projekt wird darauf ausgeführt, um die Funktionalität zu überprüfen.