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|content=
+
Zugriffe erfolgen jeweils in zwei Taktzyklen, wobei der erste für die Adressierung und der zweiter zum den Datentranfser dienen.
Erstellen Sie im Arbeitsverzeichnis, '''U:\SEm_labs''' ein neues Verzeichnis '''Ambarchitect'''.}}
+
  
{{TaskBox|content=
+
{{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 Referenzschaltung 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>}}
  
{{WarningBox|content=
+
== Spezifikation ==
Alle ''Preferences'' gehen verloren, wenn man eine neue Referenzschaltung lädt.}}
+
  
=== Schaltung ===
+
[[File:AhbLiteComponents_ahbGpio_symbol.PNG|thumb|AhbLiteComponents ahbGpio]]
  
{{TaskBox|content=
+
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.
Im Programm [http://ambadraw.hevs.ch AMBAdraw]zeichnen Sie die folgende Schaltung.}}
+
  
[[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 ===
+
 
+
Alle Komponenten auf dem AHB-Bus haben einen eigenen Index, unabhängig vom Index des APB-Busses.
+
  
 
{{TaskBox|content=
 
{{TaskBox|content=
# In der Datei '''configuration.xls''' füllen Sie die Tabelle '''indexes'''.
+
Zeichnen Sie das Blockdiagram des AHB-Lite Komponenten <code>ahbGpio</code>.
# Aktualisieren Sie den'''hindex'''-Parameter der AHB-Komponenten in [http://ambadraw.hevs.ch AMBAdraw].
+
}}
# Aktualisieren Sie deb'''pindex'''-Parameter der APB-Komponenten.}}
+
  
=== Speicherplan ===
+
=== Realisierung ===
 
+
Die Systemkomponente haben alle ihre eigene Speicherposition.
+
Die GRLib parametrisiert diese mit Hilfe einer Adresse und einer Maske.
+
 
+
Für die AHB-Bus Slaves:
+
 
+
* ist die Basisadresse durch die 12 MSBs des Adresssignals gegeben
+
* ist die Länge des zugeteilten Speichers durch die Maske auf diese 12 MSBs gegeben.
+
 
+
Für die APB-Komponenten werden Basisadresse und Länge ähnlich definiert, nur aber auf den 12 weiteren Bits der Adresse.
+
  
 
{{TaskBox|content=
 
{{TaskBox|content=
Füllen Sie in der Datei '''configuration.xls''' die Tabellen '''memory map, definition''' und aktualisieren Sie die '''haddr'''-, '''hmask'''-, '''paddr'''- und '''pmask'''-Parameter der Komponenten in [http://ambadraw.hevs.ch AMBAdraw].}
+
Schreiben Sie den VHDL-Code des AHB-Lite Komponenten <code>ahbGpio</code>.
 +
}}
  
=== Komponentenspezifische Parameter ===
+
=== Verifikation ===
  
 
{{TaskBox|content=
 
{{TaskBox|content=
Setzen Sie mit Hilfe des Manuals '''grLib cores user manual.pdf''' die andere Parameter der Komponenten in [http://ambadraw.hevs.ch AMBAdraw].}}
+
Führen Sie eine Simulation des Systems mit Hilfer der zur verfügung gestellten Testbank durch. Verifizieren Sie die korrekte Funktionalität des neuen Komponenten.
 +
}}
  
== Erstellung des VHDL Codes ==
 
 
[http://ambadraw.hevs.ch AMBAdraw] erstellt Ihre Schaltung indem es die nicht ausgewählten Komponenten aus der Referenzschaltung entfernt.
 
 
=== Erstellung des anwendungsspezifischen Systems ===
 
 
{{TaskBox|content=
 
# Klicken Sie auf '''Edit -> Document and Project Settings...''' und geben Sie folgenden '''Project Path''' ein: '''U:\SEm_labs\Ambarchitect'''.
 
# Klicken Sie auf '''Export as... -> HDL'''.}}
 
 
=== Betrachtung des Systems ===
 
 
[[Image:SEm_ambaCircuit.png|thumb|Erstellte Schaltung]]
 
 
{{TaskBox||content=
 
Starten Sie HDL Designer mit der Datei '''U:\SEm_labs\Ambarchitect\ambarchitect.hdp''', öffnen Sie den Block '''toplevel''' und betrachten Sie die erstellte Schaltung.}}
 
 
{{WarningBox|content=
 
Alle Änderungen in der exportierten Schaltung werden überschrieben wenn man in [http://ambadraw.hevs.ch AMBAdraw] ein  '''Export as...'''durchführt.}}
 
 
== Simulation des Systems ==
 
 
Um das System zu testen wollen wir es auf eine Testbank setzen und es durch den AHB UART steuern.
 
 
=== Testbench-Library ===
 
 
Verlassen Sie das Programm ''HDL-Designer''.
 
 
{{TaskBox|content=
 
Erstellen Sie das Verzeichnis '''U:\SEm_labs\Ambarchitect\ambarchitect_test'''.}}
 
 
{{TaskBox|content=
 
Benennen Sie die Datei '''U:\SEm_labs\Ambarchitect\ambarchitect.hdp''' um in '''U:\SEm_labs\Ambarchitect\beamer.hdp'''.}}
 
 
In der .hdp Datei speichert ''HDL-Designer'' den Namen und den Pfad aller Libraries Ihres Projekts. Dabei wird ein eigener Pfad für jeden Task (HDL, HDS, ModelSim, Synthese, ...) gesetzt. Die Pfade eines Tasks sind jeweils zusammen gruppiert.
 
 
{{TaskBox|content=
 
Editieren Sie '''U:\SEm_labs\Ambarchitect\beamer.hdp''' mit Ihrem Lieblingstexteditor:
 
# Setzen Sie zusätzliche Referenzen zur Library '''ambarchitect_test''' (Vergleichen Sie mit '''ambarchitect''').
 
# In der Gruppe '''ModelSim''' ändern Sie den Basispfad '''$HDS_PROJECT_DIR''' zu '''D:/Labs/SEm/Ambarchitect'''.}}
 
 
{{TaskBox|content=
 
Starten Sie ''HDL-Designer'' mit der Datei '''U:\SEm_labs\Ambarchitect\beamer.hdp'''.}}
 
 
=== Einkapslung der Schaltung ===
 
 
[[Image:SEm_ambaEncapsulated.png|thumb|Eingekapselte Schaltung]]
 
 
{{TaskBox|content=
 
In ''HDL-Designer'' kopieren Sie das Modul '''ambarchitect/toplevel''' unter den Namen '''ambarchitect/gr_beamer'''.}}
 
 
So wird [http://ambadraw.hevs.ch AMBAdraw] diese Datei nicht überschreiben, falls Sie das Projekt neu generieren.
 
wird.
 
 
{{TaskBox|content=
 
# Erstellen Sie einen neuen Block '''ambarchitect/beamer'''.
 
# Erstellen Sie ein neues Blockdiagramm für diesen Block.
 
# Fügen Sie den Block '''gr_beamer''' in dieses Blockdiagramm ein.
 
# Addieren sie Blöcke mit VHDL-Code, welcher die Strukturen der GRLib Ein- und Ausgänge in einfache '''std_ulogic'''- oder '''std_ulogic_vector''' umwandelt.}}
 
 
{{TaskBox|content=
 
Schliessen Sie '''dbgo(0)''' an '''dbgi1''' an, sowie '''dbgo1''' an '''dbgi(0)''', um den Prozessor mit der DSU zu steuern.}}
 
 
=== Testbank ===
 
 
[[Image:SEm_ambaTestbench.png|thumb|Testbank]]
 
 
{{TaskBox|content=
 
# In der Library '''ambarchitect_test''', erstellen Sie eine Testbank namens '''beamer_tb'''.
 
# Legen Sie dort hinein den Block '''ambarchitect/beamer'''
 
# Erstellen sie einem Stimuli-Generator '''beamer_tester'''.}}
 
 
{{TaskBox|content=
 
# Um 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''' nach '''U:\SEm_labs\Ambarchitect\ambarchitect_test'''.
 
# In HDL-Designer aktualisieren Sie die Library '''ambarchitect_test''' mit der Taste '''F5'''.}}
 
 
Die VHDL-Modelle der Speicherblöcke sollten nun in ''HDL-Designer'' sichtbar sein.
 
 
{{TaskBox|content=
 
Um einige Komponente der GRLib-Library kompilieren zu können, öffnen Sie die Library '''unisim''', selektieren Sie alle '''RAMB4*'''-Komponente und kompilieren Sie diese.}}
 
 
{{TaskBox|content=
 
Platzieren Sie diese Speicher am zu testenden 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' und RP_n = '1',
 
* auf dem Flash ist CE = "00" & RomS_n(0),
 
* für den Speicher-Kontroller soll bWidth = "01" sein,
 
* Für die zwei Speicher, geben sie den Link auf der kopierten Dateien in '''U:\SEm_labs\Ambarchitect\ambarchitect_test'''.}}
 
 
{{TaskBox|content=
 
Erstellen Sie einen Block, welcher den bidirektionellen Bus der Speicher auf die unidirektionellen Busse der GRLib anschliesst.}}
 
 
{{TaskBox|content=
 
Schreiben Sie den Code der Testbank um folgende Signale zu erzeugen:
 
* Power-on-Reset und Taktsignal,
 
* die Steuerung des Systems via RS232 durch den Block '''ahbuart'''.}}
 
 
=== Simulation ===
 
 
[[Image:SEm_ambaSimulation.png|thumb|Simulation]]
 
 
 
{{TaskBox|content=
 
Initialisieren Sie die Schaltung, indem Sie den Charakter 55 h auf der RS232-Linie senden.}}
 
 
Der Block '''ahbuart''' kann sich damit automatisch an die Baudrate der seriellen Linie anpassen.
 
 
{{TaskBox|content=
 
Lesen Sie den Inhalt des Speichers an Adresse 8000.0100 h.}}
 
 
Dies wird mit Hilfe der Sequenz 83 80 00 01 00 durchgeführt.
 
 
{{TaskBox|content=
 
Folgen Sie dem, was auf dem AMBA-Bus passiert.
 
Angefangen beim Empfang des Befehls bis zum Zurücksenden der Daten.
 
Erklären Sie den Wert der Daten welche vom Speicher gelesen wurden.}}
 
 
{{TaskBox|content=
 
Schreiben Sie den Code der Testbank um folgende Signale zu erzeugen:
 
* Power-on-Reset und Taktsignal
 
* die Steuerung des Systems via RS232 durch den Block '''ahbuart'''}}
 
  
{{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}}
+
{{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}}
  
 
[[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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