SEm/labore/05 amba

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== Einleitung ==
 
== Einleitung ==
  
Dieses Labor zeigt die Erstellung eines [http://www.arm.com/products/system-ip/amba/amba-open-specifications.php AMBA] Bussystem basierend auf der [http://www.gaisler.com/index.php/downloads/leongrlib GRLib].
+
In diesem Labor werden wir einen simplen Peripheriebaustein für den [[Media:AMBA_AHB-Lite_spec.pdf|AMBA-Lite-Bus]] erstellen: eine bidirektionellen Ein-/Ausgangskanal.
  
Es wird uns erlauben, eine einfache Schaltung mit einem Prozessor, einem Speicher-Interface und einer seriellen Schnittstelle zu bilden.
+
AHB-Lite ist eine einfache Variante der Busfamilie [http://www.arm.com/products/system-ip/amba-specifications.php Advanced Microcontroller Bus Architecture (AMBA)]. Sein spezielles Merkmal ist, dass er nur einen Master zulässt.
  
== Zeichnung der Schaltung ==
+
In einem Peripheriebaustein müssen die Werte, welche der Master (hier Mikroprozessor) in die Register schreibt, gespeichert werden.
 +
Im Gegensatz werden die Werte, welche der Master liest, direkt kombinatorisch weitergegeben, ohne sie durch Flipflops zu verzögern.
  
=== Vorbereitung ===
+
=== AMBA-Buszugriffe ===
  
{{TaskBox|Erstellen Sie im Arbeitsverzeichnis, '''U:\SEm_labs''' ein neues Verzeichnis '''Ambarchitect'''.}}
+
Zugriffe erfolgen jeweils in zwei Taktzyklen, wobei der erste für die Adressierung und der zweiter zum den Datentranfser dienen.
  
{{TaskBox|
+
{{TaskBox|content=Führen Sie eine Simualtion der Testbank <code>ahbGpio_tb</code> mit der Simulationskonfiguration <code>abhGpio.do</code> durch.}}
# Starten Sie das Programm [http://ambadraw.hevs.ch AMBAdraw].
+
# Klicken Sie auf '''Import Template Design''' und basieren Sie auf der Schaltung in '''C:/EDA/AMBAdraw/source/template/HDS'''.}}
+
  
Dies wird eine Referenz-Schaltung in [http://ambadraw.hevs.ch AMBAdraw] laden welche alle existierenden GRLib Blöcke enthält
+
{{TaskBox|content=Beobachten Sie die Signale
Ihre schlussendliche Schaltung wird ein Teil dieser Gesamtschaltung sein.
+
* <code>haddr</code>
 +
* <code>htrans</code>
 +
* <code>hsel</code>
 +
* <code>hwrite</code>
 +
* <code>hwdata</code>
 +
* <code>hrdata</code>}}
  
{{NewsBox|Achtung!|Alle ''Preferences'' gehen verloren, wenn man eine neue Referenz-Schaltung lädt.}}
+
== Spezifikation ==
  
=== Schaltung ===
+
[[File:AhbLiteComponents_ahbGpio_symbol.PNG|thumb|AhbLiteComponents ahbGpio]]
  
{{TaskBox|Im Programm [http://ambadraw.hevs.ch AMBAdraw]zeichnen Sie die folgende Schaltung.}}
+
Der zu erstellende Komponent wird dazu dienen, auf der Testplatte Schalter zu lesen und LEDs zu steuern. Die Anzahl Ein- und Ausgänge wird über den Generic <code>ioNb</code> gesetzt. Der Zugriff erfolgt über 3 Register.
  
[[Image:SEm_ambaDesign.png|center|Zu erstellende Schaltung]]
+
=== Registerplan ===
  
Das Manual '''grLib cores user manual.pdf''' beschreibt alle Blöcke des Systems.
+
;Schreiberegister
Mit ihm können Sie auch bestimmen, auf welche Busse (AHB oder ABP) die Komponenten angeschlossen werden.
+
: 00, Datenregister, erhält die Werte, welche auf die Ausgänge geschrieben werden
 +
: 01, Ausgabefreigaberegister, bestimmt die Richtung der Ein-/Ausgänge:'1' = Ausgang.
  
== Parametrisierung des Systems ==
+
;Leseregister
 +
: 00, Datenregister, stellt die Werte der Eingänge zur Verfügung
  
Die Datei '''configuration.xls''' dient dazu, einige Parameter des Systems zu anzugeben.
+
=== Design ===
  
=== Index ===
+
{{TaskBox|content=
 +
Zeichnen Sie das Blockdiagram des AHB-Lite Komponenten <code>ahbGpio</code>.
 +
}}
  
Alle Komponenten auf dem AHB-Bus haben einen eigenen Index, unabhängig vom den Index des
+
=== Realisierung ===
APB-Busses.
+
  
{{TaskBox|
+
{{TaskBox|content=
In der Datei '''configuration.xls''' füllen Sie die Tabelle '''indexes'''.
+
Schreiben Sie den VHDL-Code des AHB-Lite Komponenten <code>ahbGpio</code>.
Aktualisieren Sie die '''hindex'''-Parameter der AHB-Komponenten in [http://ambadraw.hevs.ch AMBAdraw].
+
}}
  
 +
=== Verifikation ===
  
Abhand von der Tabelle '''indexes''' der Datei
+
{{TaskBox|content=
'''configuration.xls''', updaten Sie die '''pindex'''-Parameter
+
Führen Sie eine Simulation des Systems mit Hilfer der zur verfügung gestellten Testbank durch. Verifizieren Sie die korrekte Funktionalität des neuen Komponenten.
der APB-Komponenten.
+
}}
  
=== Speicher-Plan ===
 
  
Die System-Komponente haben je ihr eigenes Speicherposition. Die GRLib parametrisiert
+
{{navNamed|left=SEm/labore/04_synthese|left_name=04 Automatische Synthese|up=SEm/labore|up_name=Anleitung auf Deutsch|right=SEm/labore/06_uart|right_name=UART-Peripheriebaustein}}
dies mit Hilfe einer Adresse und eines Masks.
+
 
+
Für die AHB-Bus Slaves:
+
 
+
* ist die Basis-Adresse der Position durch ihre 12 MSBs angegeben,
+
* ist die Länge des zugeteilten Speichers durch die Maske auf die 12 MSBs gegeben.
+
 
+
Für die APB-Komponenten werden Basis Adresse und Länge ähnlich definiert, nur aber auf
+
die 12 weiteren Bits der Adresse.
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+
Füllen Sie die Tabellen '''memory map, definition''' der Datei
+
'''configuration.xls''' ein, und updaten Sie die '''haddr'''-,
+
'''hmask'''-, '''paddr'''- und
+
'''pmask'''-Parameter der AHB-Komponenten im Programm AMBAdraw.
+
 
+
=== Komponenten-spezifische Parameter ===
+
 
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Mit Hilfe des manuals '''grLib cores user manual.pdf''', updaten Sie die
+
andere Parameter der Komponenten im Programm AMBAdraw.
+
 
+
== Erstellung des VHDL Codes ==
+
 
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Der Programm [http://ambadraw.hevs.ch AMBAdraw] generiert ein VHDL-Code abhand einer Referenz-Schaltung welche alle
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GRLib Blöcke enthält, und erstellt die schlussendliche Schaltung, indem er die nicht
+
selektierte Komponente wegnimmt.
+
 
+
=== Erstellung des anwendungsspezifisches Systems ===
+
 
+
Cliken Sie auf '''Document and project Settings''' und geben Sie an, in
+
welchem Verzeichnis die Erstellten Dateien geschrieben werden sollen:
+
'''U:\SEm_labs\Ambarchitect'''.
+
 
+
Cliken Sie auf '''Export as HDL'''.
+
 
+
=== Betrachtung des Systems ===
+
 
+
Starten Sie HDL Designer anhand der Datei
+
'''U:\SEm_labs\Ambarchitect\ambarchitect.hdp''', öffnen Sie den Block
+
'''toplevel''' betrachten Sie die erstellte Schaltung.
+
 
+
'''Figure 2. Erstellte Schaltung'''
+
 
+
[[Image:ambaCircuit.png]]
+
<br>
+
 
+
Achtung: alle änderungen gehen verloren, wenn man vom Programm [http://ambadraw.hevs.ch AMBAdraw] neu ein Export
+
durchführt.
+
 
+
== Simulation des Systems ==
+
 
+
Um den System zu testen, wollen wir es auf einer Testbank setzen, und ihn durch den AHB
+
UART steuern.
+
 
+
=== Testbench-Library ===
+
 
+
Verlassen Sie den Programm HDL Designer.
+
 
+
Erstellen Sie das Verzeichis
+
'''U:\SEm_labs\Ambarchitect\ambarchitect_test'''.
+
 
+
Kopieren Sie '''U:\SEm_labs\Ambarchitect\ambarchitect.hdp''' unter den
+
Namen '''U:\SEm_labs\Ambarchitect\beamer.hdp'''.
+
 
+
Editieren Sie '''U:\SEm_labs\Ambarchitect\beamer.hdp''':
+
 
+
* setzen Sie zusätzlich Referenze zur Library '''ambarchitect_test'''.
+
* im Teil '''ModelSim''', ändern Sie den basis Pfad '''$HDS_PROJECT_DIR''' mit '''D:/Labs/SEm/Ambarchitect'''.
+
 
+
Starte Sie HDL Designer abhand der Datei
+
'''U:\SEm_labs\Ambarchitect\beamer.hdp'''.
+
 
+
=== Einkapslung der Schaltung ===
+
 
+
Kopieren Sie den modul '''ambarchitect/toplevel''' unter den Namen
+
'''ambarchitect/gr_beamer''' so, dass [http://ambadraw.hevs.ch AMBAdraw] es nicht überschreiben
+
wird.
+
 
+
Erstellen Sie einen neuen Block '''ambarchitect/beamer''', welcher den
+
vorigen Block enthält, zusammen mit VHDL-Code, welches die GRLib Ein- und Ausgänge zu
+
'''std_ulogic'''- oder '''std_ulogic_vector'''-Linien
+
entfaltet.
+
 
+
Schliessen Sie '''dbgo(0)''' an '''dbgi1''' an, sowie
+
'''dbgo1''' an '''dbgi(0)''' an, um den Prozessor mit dem DSU zu
+
steuern.
+
 
+
'''Figure 3. Eingekapselte Schaltung'''
+
 
+
[[Image:ambaEncapsulated.png]]<br>
+
=== Testbank ===
+
 
+
In der Library '''ambarchitect_test''', erstellen Sie ein Testbank
+
'''beamer_tb''' und legen Sie darin den Block
+
'''ambarchitect/beamer''' zusammen mit einem Simuli-Generator
+
'''beamer_tester'''.
+
 
+
Un ein VHDL Modell der Speicher, Flash und SDRAM, zu haben, Kopieren Sie den Inhalt des
+
Verzeichnisses
+
'''R:\Modules\SI\223_SEm\Digital\Ambarchitect\ambarchitect_test''' in
+
'''U:\SEm_labs\Ambarchitect\ambarchitect_test'''. In HDL Designer wird die
+
Liste der Komponenten mit der taste '''F5''' neu erstellt.
+
 
+
Um einige Komponente der GRLib-Library compilieren zu können, öffnen Sie die Library
+
'''unisim''', selektieren Sie alle '''RAMB4*'''-Komponente und
+
compilieren Sie diese.
+
 
+
Plazieren Sie diese Speicher am zu testendem System. Regeln Sie folgende Parameter:
+
 
+
* die SDRAM hat 12 Adressbits,
+
* die 2 Bits DQM der SDRAM sind angeschlossen an sdDQM(4) und sdDQM(0),
+
* das Signal CKE der SDRAM ist angeschlossen an sdCkE(0),
+
* das Signal Cs_n der SDRAM ist angeschlossen an sdCS_n(0),
+
* auf dem Flash sind Byte_n = '1' et RP_n = '1',
+
* auf dem Flash ist CE = "00" &amp; RomS_n(0),
+
* für den Speicher-Kontroller soll bWidth = "01",
+
* Für die zwei Speicher, geben sie den Link auf der kopierten Dateien in '''U:\SEm_labs\Ambarchitect\ambarchitect_test'''.
+
 
+
Erstellen Sie einen Block, welcher den bidirektionellen Bus der Speicher anf
+
den unidirektionellen Bussen der GRLib anschliesst.
+
 
+
'''Figure 4. Testbank'''
+
 
+
[[Image:ambaTestbench.png]]<br>
+
Schreiben Sie den Code der Testbank , um folgende Signale zu erzeugen:
+
 
+
* Power-on-Reset un Taktsignal,
+
* die Steuerung des Systems via RS232 durch den Block '''ahbuart'''.
+
 
+
=== Simulation ===
+
 
+
Initialisieren Sie die Schaltung, indem Sie den Charakter 55 h auf der RS232-Linie
+
sendet. Der Block '''ahbuart''' kann sich damit automatisch der Baudrate der
+
seriellen Linie anpassen.
+
 
+
Lesen Sie den Inhalt des Speicher an Adresse 8000.0100 h. Dies wird mit Hilfe der
+
Sequenz 83 80 00 01 00 durchgeführt. Folgen Sie das, was auf dem AMBA-Buss passiert, von dem
+
Empfang der Steuerung bis zum Zurücksenden der Daten. ErkLären Sie den Wert der Daten,
+
welche vom Speicher gelesen wurden.
+
 
+
'''Figure 5. Simulation'''
+
 
+
[[Image:ambaSimulation.png]]<br>
+
Schreiben Sie den Code der Testbank , um folgende Signale zu erzeugen:
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* Power-on-Reset un Taktsignal,
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* die Steuerung des Systems via RS232 durch den Block '''ahbuart'''.
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=== Simulation ===
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Initialisieren Sie die Schaltung, indem Sie den Charakter 55 h auf der RS232-Linie
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sendet. Der Block '''ahbuart''' kann sich damit automatisch der Baudrate der
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seriellen Linie anpassen.
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Lesen Sie den Inhalt des Speicher an Adresse 8000.0100 h. Dies wird mit Hilfe der
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Sequenz 83 80 00 01 00 durchgeführt. Folgen Sie das, was auf dem AMBA-Buss passiert, von dem
+
Empfang der Steuerung bis zum Zurücksenden der Daten. ErkLären Sie den Wert der Daten,
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welche vom Speicher gelesen wurden.
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'''Figure 5. Simulation'''
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[[Image:ambaSimulation.png]]<br>
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{{navNamed|left=SEm/labore/04_synthese|left_name=04 Automatische Synthese|up=SEm/labore|up_name=Anleitung auf Deutsch|right=SEm/labore/06_apb|right_name=06 APB Komponent}}
+
  
 
[[Category:SEm]]
 
[[Category:SEm]]

Latest revision as of 13:55, 17 April 2015

Contents

AMBA-Bus basiertes System

Einleitung

In diesem Labor werden wir einen simplen Peripheriebaustein für den AMBA-Lite-Bus erstellen: eine bidirektionellen Ein-/Ausgangskanal.

AHB-Lite ist eine einfache Variante der Busfamilie Advanced Microcontroller Bus Architecture (AMBA). Sein spezielles Merkmal ist, dass er nur einen Master zulässt.

In einem Peripheriebaustein müssen die Werte, welche der Master (hier Mikroprozessor) in die Register schreibt, gespeichert werden. Im Gegensatz werden die Werte, welche der Master liest, direkt kombinatorisch weitergegeben, ohne sie durch Flipflops zu verzögern.

AMBA-Buszugriffe

Zugriffe erfolgen jeweils in zwei Taktzyklen, wobei der erste für die Adressierung und der zweiter zum den Datentranfser dienen.


View-pim-tasks.png

Führen Sie eine Simualtion der Testbank ahbGpio_tb mit der Simulationskonfiguration abhGpio.do durch.


View-pim-tasks.png

Beobachten Sie die Signale

  • haddr
  • htrans
  • hsel
  • hwrite
  • hwdata
  • hrdata

Spezifikation

AhbLiteComponents ahbGpio

Der zu erstellende Komponent wird dazu dienen, auf der Testplatte Schalter zu lesen und LEDs zu steuern. Die Anzahl Ein- und Ausgänge wird über den Generic ioNb gesetzt. Der Zugriff erfolgt über 3 Register.

Registerplan

Schreiberegister
00, Datenregister, erhält die Werte, welche auf die Ausgänge geschrieben werden
01, Ausgabefreigaberegister, bestimmt die Richtung der Ein-/Ausgänge:'1' = Ausgang.
Leseregister
00, Datenregister, stellt die Werte der Eingänge zur Verfügung

Design

View-pim-tasks.png

Zeichnen Sie das Blockdiagram des AHB-Lite Komponenten ahbGpio.

Realisierung

View-pim-tasks.png

Schreiben Sie den VHDL-Code des AHB-Lite Komponenten ahbGpio.

Verifikation

View-pim-tasks.png

Führen Sie eine Simulation des Systems mit Hilfer der zur verfügung gestellten Testbank durch. Verifizieren Sie die korrekte Funktionalität des neuen Komponenten.


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