Capítulo 2: De un bit a datos. Fport

Ejemplos de este capítulo en github

Introducción

Ahora en vez de 1 bit sacaremos 4, y los mostraremos por los leds. Se trata de un valor fijo, que está "cableado por hardware". Si queremos visualizar otro número por los leds, habrá que sintentizar otro circuito.

Este componente lo denominaremos Fport (Fixed port). Tiene un bus de salida de 4 bits, etiquetado como data, que está cableado al valor binario 1010

Fport.v: Descripción del hardware

Este circuito es muy parecido al del tutorial anterior (setbit.v) pero en vez de tener 1 bit de salida tiene 4. Se describe así:

//-- Fichero Fport.v
module Fport(output [3:0] data);

//-- La salida del modulo son 4 cables
wire [3:0] data;

  //-- Sacar el valor por el bus de salida
  assign data = 4'b1010; //-- 4'hA

endmodule

La salida ahora es un array de 4 cables. Esto se denota poniendo [3:0] delante del nombre. Para realizar la asignación escribimos el número en binario usando la notación de Verilog: Primero el número de bits, luego el carácter ', a continuación la base del número (b para binario) y por último los 4 dígitos binarios. Este mísmo número se podría expresar mediante un único dígito hexadecimal mediante: 4'hA. También lo podriamos poner en decimal como 4'd10

Síntesis en la FPGA

Cada uno de los 4 bits de la salida data se saca por los pines de la fpga donde están conectados los 4 leds:

Esto se especifica en el fichero Fport.pcf:

set_io data[0] 99
set_io data[1] 98
set_io data[2] 97
set_io data[3] 96

Para realizar la síntesis entramos en el directorio tutorial/T02-Fport y ejecutamos el comando make sint:

$ make sint

En el mensaje final obtenemos un resumen de los recursos de la FPGA consumidos y los que quedan libres:

After placement:
PIOs       2 / 96
PLBs       1 / 160
BRAMs      0 / 16

Estos recursos son:

• PIO = Programmable I/O (Entradas / salidas programables)
• PLBs = Programmable Logic Blocks (Bloques lógicos programables)
• BRAMs = Block RAM Memory (Bloques de memoria)

Ahora descargamos en la fpga el fichero Fport.bin:

$ sudo iceprog Fport.bin

Al terminar, dos leds estarán encendidos y dos apagados, ya que estamos enviando el valor 1010:

Simulación

El banco de pruebas es similar al del capítulo anterior, pero ahora en vez de comprobar sólo un bit se comprueba el patrón de 4 bits. Si no es igual al esperado se emite un mensaje de error. El diagrama es el siguiente:

El banco de pruebas (Fport_tb.v) consta de tres elementos:

• El componente a probar: Fport (En la liteatura se conoce como uut: unit under test)
• El bloque de comprobación
• El cable DATA

El código del banco de pruebas es:

//-- Fport_tb.v
module Fport_tb;

//-- Bus de 4 cables para conectarlos a la salida del componente Fport
wire [3:0] DATA;

//--Instanciar el componente. Conectar la salida a DATA
Fport FP1 (
  .data (DATA)
);

//-- Comenzamos las pruebas
initial begin

  //-- Fichero donde almacenar los resultados
  $dumpfile("Fport_tb.vcd");
  $dumpvars(0, Fport_tb);

  //-- Pasadas 10 unidades de tiempo comprobamos
  //-- si el cable tiene el patron establecido
  # 10 if (DATA != 4'b1010)
         $display("---->¡ERROR! Salida Erronea");
       else
         $display("Componente ok!");

  //-- Terminar la simulacion 10 unidades de tiempo despues
  # 10 $finish;
end

endmodule

Observamos que la salida del componente es data, y le hemos conectado el cable DATA, para enfatizar el hecho de que los nombres pueden ser diferentes

Para realizar la simulación ejecutamos el comando make sim:

$ make sim

Este es el resultado con gtkwave:

Comprobamos que la salida siempre está al valor 1010

Ejercicios propuestos

• Cambiar el valor para sacar otro patrón por los leds. Simular, sintetizar y cargar en la FPGA
• Modificar el componente para que el bus sea de 5 bits en vez de 4. Sacar el quinto bit por el pin 44 de la FPGA (no tiene led asociado)

Conclusiones

TODO