Układy programowalne cz.3.pdf

K U R S

Uk³ady programowalne, czêæ 3

Pomimo swojej d³ugiej historii

CUPL ( Universal Compiler for

Programmable Logic , na rynku

dostêpny od ok. 1983 roku) jest

typowym jêzykiem opisu sprzêtu

(HDL - Hardware Description Lan-

guage ), w zwi¹zku z czym ma

niewiele wspólnego z typowymi

jêzykami programowania. Powodu-

je to m.in. taki skutek, ¿e nie-

prawdziwe staje siê twierdzenie,

doæ czêsto spotykane wród wy-

trawnych programistów, ¿e ich

wczeniej nabyte umiejêtnoci

znacznie uproszcz¹ im pracê

z uk³adami PLD.

Czemu? Otó¿ pisz¹c klasycz-

ny program, programista okrela

kolejne kroki wykonywania zada-

nia, natomiast opisuj¹c sprzêt,

projektant opisuje (mo¿na to zro-

biæ na wiele sposobów, z których

czêæ jest dostêpna w CUPL-u) je-

go zachowanie (tzw. opis beha-

wioralny) lub budowê (tzw. opis

Zgodnie z zapowiedzi¹ z marcowego wydania EP,

przechodzimy do przedstawienia podstaw jêzyka CUPL, za

pomoc¹ którego ju¿ wkrótce bêdziemy opisywaæ w³asne

projekty. W tej czêci artyku³u przedstawiamy operatory,

dzia³ania i funkcje dostêpne w CUPL-u i czêæ poleceñ

preprocesora, za pomoc¹ których mo¿na sterowaæ prac¹

kompilatora.

strukturalny). Program napisany

w jêzyku HDL przek³ada siê wiêc

na budowê uk³adu, a nie kolej-

noæ wykonywania czynnoci

przez mikrokontroler o ustalonej

architekturze.

Ze wzglêdu na swoj¹ specyfi-

kê, CUPL umo¿liwia przede

wszystkim opis strukturalny na re-

latywnie niskim poziomie abstrak-

cji. Dlatego w³anie CUPL-a warto

stosowaæ do implementacji projek-

tów w niewielkich uk³adach PLD.

Abstrakcja w HDL

Wed³ug s³ownika jêzyka

polskiego abstrakcja

oznacza pojêcie nierzeczy-

wiste lub pozostaj¹ce

w lunym zwi¹zku z rzeczy-

wistoci¹ (...). W praktyce

projektowej abstrakcja

oznacza mo¿liwoæ opisania

sposobu dzia³ania projekto-

wanego uk³adu w sposób

wygodny i czytelny dla

projektanta, bez konieczno-

ci zag³êbiania siê w tajniki

implementacji projektu

w strukturze PLD.

CUPL i historia

Amerykañska firma Logical

Devices opracowa³a CUPL-a

w roku 1983 jako

uniwersalny jêzyk HDL

drugiej generacji. Szybko

zdoby³ on uznanie i przez

wiele lat nie mia³ - poza

ABEL-em - licz¹cej siê

konkurencji. Poniewa¿ nie

by³ przez producenta

rozwijany, doæ szybko siê

zestarza³ i stopniowo traci³

popularnoæ. W 1995 roku

prawa do CUPL-a zakupi³

Protel (kompilator jest

wbudowywany w Protela

99SE i DXP), a od 1996

roku windowsow¹ wersjê

CUPL-a bezp³atnie

udostêpnia Atmel.

Podstawy jêzyka CUPL

CUPL jest jêzykiem wyposa¿o-

nym w szereg mechanizmów

zwiêkszaj¹cych wygodê opisywa-

nia sprzêtu. Zwiêkszaj¹cych

przede wszystkim w stosunku do

ówczesnych konkurentów jak np.

PALASM lub Opal (by³y to kom-

pilatory HDL na poziomie mikro-

procesorowych asemblerów), lecz

ich przejrzystoæ doceni¹ tak¿e

wspó³czeni projektanci.

s³owa, w tab. 5 zastrze¿one sym-

bole. Kompilator nie jest czu³y

na to, czy s³owa kluczowe pisa-

ne s¹ ma³ymi, czy te¿ du¿ymi li-

terami, w zwi¹zku z czym zapisy:

Node , NODE , noDE itp. s¹ trak-

towane równorzêdnie.

Liczby

Kompilator CUPL-a operuje na

liczbach 32-bitowych, które mog¹

byæ zapisane w jednym z czterech

kodów: binarnym, ósemkowym,

dziesiêtnym lub szesnastkowym.

Twórcy CUPL-a przyjêli, ¿e nu-

meryczne oznaczenia wyprowa-

dzeñ i indeksy zmiennych s¹ za-

pisywane w kodzie dziesiêtnym,

a pozosta³e liczby w kodzie szes-

nastkowym. Je¿eli takie za³o¿enie

Zarezerwowane s³owa

i symbole

Kompilator CUPL rozpoznaje

37 s³ów kluczowych oraz 23

symbole, które nie mog¹ byæ wy-

korzystywane jako nazwy zmien-

nych, wêz³ów, wejæ i wyjæ.

W tab. 4 zestawiono zastrze¿one

Tab. 4. S³owa zastrze¿one w jêzyku CUPL

APPEND

ASSEMBLY

ASSY

COMPANY

CONDITION

DATE

DEFAULT

DESIGNER

DEVICE

ELSE

Tab. 5. Symbole zastrze¿one

w jêzyku CUPL

FIELD

FLD

FORMAT

FUNCTION

FUSE

GROUP

JUMP

LOC

LOCATION

(

)

MACRO

MIN

NAME

NODE

OUT

[

]

PARTNO

PINNNODE

PRESENT

REV

REVISION

SEQUENCE

SEQUENCED

SEQUENCEJK

SEQUENCERS

;

SEQUENCET

TABLE

Elektronika Praktyczna 5/2004

K U R S

Tab. 6. Przedrostki stosowane do

oznaczania liczb zapisanych

w ró¿nych systemach kodowania

Kod liczbowy

Tab. 8. Obs³ugiwane przez CUPL-a

operatory i funkcje arytmetyczne

Znak

Przyk³ad

Nazwa

Kolejnoæ

Tab. 9. Operatory logiczne

interpretowane przez CUPL-a

Znak operatora Opis Kolejnoæ w hierarchii

Baza

Przedrostek

operatora

dzia³ania wykonywania

NOT

Binarny

'b', 'B'

2**3 Potêgowanie

AND

Ósemkowy

'o', 'O'

8*2

Mno¿enie

Dziesiêtny

'd', 'D'

3/2

Dzielenie

XOR

Szesnastkowy

'h', 'H'

x%n

8%7 Modulo n dla

liczby z za-

kresu 0... x

rzyæ zmienne z sygna³ów po³¹czo-

nych w grupy, czêsto nazywane

wektorami (o nich w dalszej czê-

ci artyku³u). W wiêkszoci dostêp-

nych na rynku kompilatorów jêzy-

ka CUPL w nazwach zmiennych

s¹ rozró¿niane litery ma³e i du¿e,

w zwi¹zku z czym nazwy ADRok

i AdrOK nie s¹ równowa¿ne. De-

klarowane zmienne mog¹ zaczynaæ

siê cyfr¹, liter¹ lub znakiem pod-

krelenia i musz¹ w nazwie zawie-

raæ co najmniej jedn¹ literê. Na-

zwa zmiennej nie mo¿e zawieraæ

spacji, czyli nazwa Adres ROM

nie jest prawid³owa (b³¹d zostanie

automatycznie wychwycony przez

program CUPLA), w przeciwieñs-

twie do nazwy Adres_ROM . Na-

zwy zmiennych mog¹ sk³adaæ siê

z maksymalnie 31 znaków. Nazwy

d³u¿sze s¹ przez kompilator auto-

matycznie skracane do 31 znaków,

co mo¿e powodowaæ b³êdn¹ iden-

tyfikacjê zmiennych.

Tab. 7. Przyk³adowe wyniki

zastêpowania cyfr znakami 'X'

Liczba

3+2

Dodawania

5-4 Odejmowanie

Wartoci wynikowe

LOGa(x) LOG2(x) Logarytm z x

LOG8(x) o podstawie a

LOG16(x)

LOG(x)

'b'0x

00 lub 01

'B'11x0

1100 lub 1110

'D'9X

90...99

(zaznaczanych poleceniami $REPE-

AT lub $MACRO) dla makr wy-

korzystywanych w opisie projektu.

Nie mo¿na z nich korzystaæ bez-

porednio w opisie projektowane-

go sprzêtu, kompilator bêdzie bo-

wiem zg³asza³ b³êdy.

Zestawienie dostêpnych

w CUPL-u operatorów oraz funk-

cji arytmetycznych znajduje siê

w tab. 8 . Wynikiem obliczenia

wartoci logarytmu jest zawsze

liczba ca³kowita.

'h'Bxx

B00...BFF

'b'X101

0101 lub 1101

odpowiada projektantowi, to sys-

tem kodowania liczb nie musi

byæ w ¿aden sposób oznaczany.

Je¿eli z jakich przyczyn projek-

tant chce zapisaæ liczby w innym

kodzie, musi je oznaczaæ specjal-

nymi przedrostkami, które zesta-

wiono w tab. 6 . Kompilator nie

rozró¿nia du¿ych i ma³ych liter

w przedrostkach, w zwi¹zku

z czym zapisy:

'b'100111 i 'B'100111

'h'fe19 i 'H'fe19

s¹ traktowane jednakowo.

Interesuj¹c¹ mo¿liwoci¹ ofero-

wan¹ przez CUPL-a jest mo¿li-

woæ zastêpowania cyfr nieistot-

nych w podawanej liczbie (na

przyk³ad podczas deklarowania

zakresu adresów) znakiem 'X' (lub

'x'), co jest traktowane przez

kompilator jako wartoæ dowolna

- przyk³ady pokazano w tab. 7 .

Operatory logiczne

Narzêdziem niezbêdnym pod-

czas opisywania bloków cyfro-

wych s¹ operatory logiczne, za

pomoc¹ których u¿ytkownik mo¿e

tworzyæ dowolne zale¿noci lo-

giczne pomiêdzy sygna³ami wystê-

puj¹cymi w projektowanym

uk³adzie. Taki sposób opisywania

projektów (za pomoc¹ równañ bo-

ole'owskich), jakkolwiek najbar-

dziej uniwersalny, nie cieszy siê

wród projektantów du¿¹ popular-

noci¹, poniewa¿ CUPL oferuje

szereg wygodniejszych sposobów

opisu (o wy¿szym stopniu abs-

trakcji). Przedstawimy je w dalszej

czêci artyku³u.

W tab. 9 zestawiono dostêpne

w jêzyku CUPL operatory logicz-

ne oraz ich po³o¿enie w hierar-

chii wykonywania dzia³añ.

Zmienne indeksowane

Jêzyk CUPL jest wyposa¿ony

w wygodny mechanizm wspomaga-

j¹cy tworzenie indeksowanych

grup zmiennych (wektorów). Dziê-

ki niemu mo¿na definiowaæ gru-

py sygna³ów o jednakowych na-

zwach (na przyk³ad magistrale),

ró¿ni¹ce siê miêdzy sob¹ wy³¹cz-

nie cyframi indeksuj¹cymi. Dziêki

temu, zamiast wymieniaæ wszyst-

kie sygna³y jak w przyk³adzie:

[A0, A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7,

A8, A9, A10, A11]

mo¿na je zapisaæ w postaci:

[A0..A11]

Z nie do koñca wyjanionych

przez producenta przyczyn, cyfry

indeksuj¹ce powinny mieciæ siê

w przedziale 0... n (gdzie n ozna-

cza dowoln¹ liczbê ca³kowit¹

mniejsz¹ od 32). W niektórych

przypadkach zweryfikowanych

przez autora jest mo¿liwa popra-

wna kompilacja projektu, w któ-

rym zastosowano zmienne indek-

Operatory i funkcje

arytmetyczne

Preprocesor CUPL-a pozwala

korzystaæ z wielu operatorów aryt-

metycznych, które mog¹ byæ sto-

sowane do obliczania argumentów

Zapis liczb szesnastkowych

w CUPL-u

W odró¿nieniu od wielu

kompilatorów, CUPL

dopuszcza mo¿liwoæ zapisu

liczb szesnastkowych bez

koniecznoci poprzedzania

liter A...F cyfr¹, tzn.

prawid³owe s¹ obydwa

zapisy: a i 0a , c i 0c itd.

Zmienne

Zmiennymi w jêzyku CUPL na-

zywamy ci¹gi znaków (nazwy),

które s¹ przypisane wyprowadze-

niom uk³adu (wejciowym lub

wyjciowym), wewnêtrznym wêz-

³om (tzw. wêz³om zagrzebanym

- buried node ), mo¿na tak¿e two-

Elektronika Praktyczna 5/2004

K U R S

Tab. 10. Wykaz poleceñ

preprocesora (znak $ musi siê

znajdowaæ w pierwszej kolumnie

nowego wiersza)

$DEFINE

$IFDEF

$UNDEF

w pierwszej linii wiersza znakiem

$. Wielkoæ liter, jakimi zapisano

polecenia dla preprocesora, nie

ma ¿adnego znaczenia, s¹ one za-

wsze rozpoznawane. W odró¿nie-

niu od pozosta³ej czêci opisu

HDL, koniec linii zawieraj¹cej po-

lecenie dla preprocesora nie jest

zaznaczany za pomoc¹ rednika.

o wartociach podanych jako za-

kres, przyk³ady:

$DEFINE der_osc 'b'110x - przy-

pisuje sta³ej der_osc wartoci

zapisane dwójkowo: 1100 i 1101

$DEFINE adres 'd'[120..129] -

przypisuje sta³ej adres wartoci

dziesiêtne z przedzia³u 120...129.

$ELSE

$IFNDEF

$REPEAT

$ENDIF

$INCLUDE

$REPEND

$MACRO

$MEND

sowane w przedziale m ... n (gdzie

m oznacza dowoln¹ naturaln¹

liczbê dziesiêtn¹ wiêksz¹ od 0).

Nie jest to jednak regu³a,

w zwi¹zku z czym lepiej jest

przestrzegaæ przedstawionego zale-

cenia. Zmienna zindeksowana

cyfr¹ zero ma zawsze najmniejsz¹

wagê (LSB).

Przyk³ady prawid³owo zindek-

sowanych zmiennych:

[low_byte_d0..low_byte_d7]

[cnt_data_in_0..cnt_data_in_31]

[data0..data7]

Wprowadzenie do numeru in-

deksu zera wiod¹cego powoduje,

¿e zmienne (np. adr_ok2

i adr_ok02 ) nie s¹ sobie równo-

wa¿ne.

Polecenie $DEFINE

Polecenie $DEFINE pozwala

zdefiniowaæ ci¹g znaków, który

zast¹pi okrelony w poleceniu

operator, liczbê lub symbol. Dzia-

³a ono w ka¿dym miejscu opisu,

a¿ do odwo³ania go za pomoc¹

polecenia $UNDEF.

Format polecenia $DEFINE jest

nastêpuj¹cy:

$DEFINE argument1 argument2

gdzie:

argument1 - ci¹g znaków, które-

mu jest przypisywane nowe

znaczenie,

argument2 - operator, liczba lub

zmienna.

Po przypisaniu ci¹gowi zna-

ków zastêpstwa, mo¿na go u¿y-

waæ w dowolnym miejscu progra-

mu w taki sam sposób jak war-

toci oryginalnej.

Przyk³ady:

$DEFINE ON 'b'1

$DEFINE OFF 'B'0

$DEFINE PORT_A 'h'3ff

Za pomoc¹ tego polecenia

mo¿na tak¿e zdefiniowaæ w³asne

symbole - operatory logiczne,

przyk³ady:

$DEFINE { /* - alternatywny znak

pocz¹tku komentarza

$DEFINE } */ - alternatywny znak

koñca komentarza

$DEFINE / ! - alternatywny znak

operatora negacji

$DEFINE * & - alternatywny znak

operatora AND

$DEFINE + # - alternatywny znak

operatora OR

$DEFINE:+: $ - alternatywny znak

operatora XOR

$DEFINE end_proc 'h'ea - przypi-

sanie sta³ej end_proc wartoci

EAh

$DEFINE ROM_ADDRESS

'b'10011101 - przypisanie sta³ej

ROM_ADDRESS wartoci

10011101b

Za pomoc¹ polecenia $DEFINE

mo¿na tak¿e definiowaæ sta³e

Polecenie $UNDEF

Polecenie $UNDEF odwraca

dzia³anie polecenia $DEFINE dla

wskazanego argumentu. Format

polecenia jest nastêpuj¹cy:

$UNDEF argument

gdzie:

argument - ci¹g znakowy u¿yty

w komendzie $DEFINE.

Polecenie $UNDEF mo¿na sto-

sowaæ do przedefiniowania ci¹gu

znakowego, przyk³ad:

$DEFINE S0 'B'0010

....

$UNDEF S0

$DEFINE S0 'B'1000

Polecenie $INCLUDE

Za pomoc¹ polecenia $INCLU-

DE u¿ytkownik mo¿e wykorzystaæ

zasoby (np. przetestowane modele

bloków cyfrowych) przechowywa-

ne w innych plikach. Przyk³ad:

$INCLUDE nazwa_pliku

gdzie:

nazwa_pliku - to nazwa zewnêt-

rznego pliku, do zawartoci któ-

rego odwo³uje siê u¿ytkownik

w opisie projektu.

Podanie samej nazwy pliku

(ewentualnie z rozszerzeniem) po-

woduje poszukiwanie przez kom-

pilator pliku w bie¿¹cym (domy-

lnym) katalogu. Aby unikn¹æ nie-

jednoznacznoci, zamiast samej

nazwy mo¿na podawaæ kompletn¹

cie¿kê dostêpu do pliku.

Dopuszczalne jest zagnie¿d¿a-

nie odwo³añ za pomoc¹ polece-

nia $INCLUDE, czyli plik do³¹-

czany (zewnêtrzny) mo¿e siê tak-

Komendy preprocesora

Kompilator jest wyposa¿ony

w preprocesor, który wyszukuje

i wykonuje specyficzne polecenia,

pozwalaj¹ce wykonywaæ miêdzy

innymi warunkow¹ kompilacjê

fragmentów opisu, samodzielnie

definiowaæ sta³e wykorzystywane

w opisie, a tak¿e korzystaæ w bie-

¿¹cym projekcie z zawartoci ze-

wnêtrznych plików (np. zawiera-

j¹cych predefiniowane elementy

lub bloki logiczne). Wszystkie te

zadania preprocesor wykonuje

przed rozpoczêciem pracy kompi-

latora. Wykaz poleceñ interpreto-

wanych przez preprocesor znajdu-

je siê w tab. 10 . Wszystkie pole-

cenia musz¹ siê rozpoczynaæ

CUPL i operatory relacji

Dokuczliw¹ wad¹ CUPL-a

jest brak mo¿liwoci

korzystania z operatorów

relacji (wystêpuj¹ takie

m.in. w ABEL-u, AHDL-u,

VHDL-u i Verilogu), dziêki

czemu opisywanie ró¿nego

rodzaju komparatorów

i porównywanie wartoci

wektorów sta³oby siê bardzo

³atwe.

Regu³y indeksowania

zmiennych

Zakres indeksowania

powinien siê mieciæ

w przedziale:

0... n , przy czym n < 32

( n jest zawsze liczb¹

dziesiêtn¹)

Elektronika Praktyczna 5/2004

K U R S

¿e odwo³ywaæ do pliku do³¹cza-

nego. Dopuszczalna liczba za-

gnie¿d¿eñ nie zosta³a jawnie

okrelona, z dowiadczeñ wynika,

¿e CUPL bez trudu radzi sobie

nawet z 20-krotnymi.

z poleceñ: $ELSE lub $ENDIF.

W przypadku, gdy sta³a bêd¹ca

argumentem polecenia $IFDEF nie

zosta³a zdefiniowana za pomoc¹

polecenia $DEFINE, opis zawarty

w pliku jest ignorowany a¿ do

momentu wyst¹pienia jednego

z poleceñ: $ELSE lub $ENDIF.

Przyk³ad:

$IFDEF argument_1

outA=inA & inB;

outB=inC # inA;

$ENDIF

Przedstawiona powy¿ej czêæ

opisu nie bêdzie brana przez

kompilator pod uwagê, je¿eli

wczeniej nie wyst¹pi polecenie:

$DEFINE argument_1

niem $IFNDEF a jednym z pole-

ceñ: $ELSE lub $ENDIF, lecz tyl-

ko wtedy, gdy sta³a bêd¹ca argu-

mentem polecenia nie zosta³a

wczeniej zdefiniowana za pomo-

c¹ polecenia $DEFINE.

Przyk³ad:

$IFNDEF argument

gdzie:

argument - to nazwa sta³ej, któ-

rej obecnoæ deklaracji (za po-

moc¹ polecenia $DEFINE) jest

sprawdzana przez kompilator.

Poni¿szy fragment opisu:

$IFNDEF argument_1

outA=inA & inB;

outB=inC # inA;

$ENDIF

bêdzie kompilowany tylko wtedy,

je¿eli wczeniej nie zdefiniowano

sta³ej argument_1 . W przeciwnym

przypadku, ta czêæ opisu zosta-

nie pominiêta przez kompilator.

Piotr Zbysiñski, EP

piotr.zbysinski@ep.com.pl

Polecenie $IFDEF

Za pomoc¹ polecenia $IFDEF

mo¿na poddaæ kompilacji warun-

kowej wybrane fragmenty opisu

umieszczone w pliku.

Przyk³ad:

$IFDEF argument

gdzie:

argument - to nazwa sta³ej, któ-

rej obecnoæ deklaracji (za po-

moc¹ polecenia $DEFINE) jest

sprawdzana przez kompilator.

Fragment pliku poddawany

kompilacji zaczyna siê od miejs-

ca zdefiniowania (za pomoc¹ po-

lecenia $DEFINE) sta³ej bêd¹cej

argumentem polecenia $IFDEF, a¿

do miejsca wyst¹pienia jednego

Polecenie $IFNDEF

Polecenie $IFNDEF dzia³a

przeciwnie do opisanego wcze-

niej polecenia $IFDEF, tzn. kom-

pilowana jest ta czêæ opisu, któ-

ra znajduje siê pomiêdzy polece-

Elektronika Praktyczna 5/2004

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: