TP1 : Synthèse d'automates d'états finis

1 Introduction

Un circuit combinatoire pur ne dispose pas

de registres internes. De ce fait, ses sorties ne dépendent que de ses entrées primaires.

A l'inverse, un circuit séquentiel synchrone disposant de registres internes voit ses sorties changer en fonction de ses entrées mais aussi des valeurs mémorisées dans ses registres.

En conséquence, l'état du circuit à l'instant t+1 dépend aussi de son état à l'instant t. Ce type de circuit peut être modélisé par un automate d'états finis.

FIG. 2 – Automate d'états

2 Automates de MOORE et MEALY

L'automate de MOORE voit l'état de ses sorties changer uniquement sur front d'horloge. Les entrées peuvent donc bouger entre deux fronts sans modier les sorties. Par contre dans le cas d'un automate de MEALY, la variation des entrées peut modier à 2.3 SYF et VHDL An de décrire de tels automates, on utilise un style particulier de description VHDL qui dénit l'architecture "fsm" (finite-state machine). Le chier correspondant possède également l'extension fsm. A partir de ce chier, l'outil SYF effectue la synthèse d'automate et transforme cet automate abstrait en un réseau booléen. SYF génère donc un chier VHDL au format vbe. Comme la plupart des outils utilisés au laboratoire, il faut positionner certaines variables d'environnement avant d'utiliser SYF. Pour les connaître, reportez-vous au man de syf. 2.4 Exemple An de se familiariser avec la syntaxe de description d'un chier .fsm, un exemple de compteur de trois "1" successifs est présenté. Sa vocation est de détecter par exemple sur une liaison série une séquence de trois "1" successifs. Le graphe d'états que l'on cherche à décrire est représenté sur la gure 4. Le format fsm est également décrit dans une page man. Pensez à la consulter. E0 E1 E2 E3 o=0 o=1 0 0 0 0 1 1 1 1 reset reset reset o=0 o=0 FIG. 4 – Graphe d'états d'un compteur de trois "1" successifs entity circuit is port ( ck, i, reset, vdd, vss : in bit ; o : out bit ) ; end circuit ; architecture MOORE of circuit is type ETAT_TYPE is (E0, E1, E2, E3) ; signal EF, EP : ETAT_TYPE; 􀀀􀀀 pragma CURRENT_STATE EP 􀀀􀀀 pragma NEXT_STATE EF 􀀀􀀀 pragma CLOCK CK begin process (EP, i, reset) begin ACSI M2 5 TP2 Synthèse logique et génération de chemin de données if (reset=’1’) then EF<=E0; else case EP is when E0 => if (i=’1’) then EF <= E1 ; else EF <= E0 ; end if ; when E1 => if (i=’1’) then EF <= E2 ; else EF <= E0 ; end if ; when E2 => if (i=’1’) then EF <= E3 ; else EF <= E0 ; end if ; when E3 => if (i=’1’) then EF <= E3 ; else EF <= E0 ; end if ; when others => assert (’1’) report "etat illegal"; end case ; end if ; case EP is when E0 => o <= ’0’ ; when E1 => o <= ’0’ ; when E2 => o <= ’0’ ; when E3 => o <= ’1’ ; when others => assert (’1’) report "etat illegal" ; end case ; end process ; process(ck) begin if (ck=’1’ and not ck’stable) then EP <= EF ; end if ; end process ; end MOORE ; TP2 Synthèse logique et génération de chemin de données

5 Travail à effectuer

– Ecrire la description d'un compteur de cinq "un" successifs sous la forme d'un automate de Moore. – Positionner les variables d'environnement. – Lancer SYF avec les options de codage -a, -j, -m, -o, -r et en utilisant les options -CEV.

syf -CEV -a <fsm_source> -

– Un chier Makele vous est fourni pour vous faciliter la vie ! répertoire : ~trncomun/TP/2006/TP2/Fichiers/Fournis/Compteur5/. Utilisez ce Make le à compléter. – Visualiser les chiers .enc. – Ecrire un chier de vecteurs de test et simuler sous ASIMUT. – Que se passe-t-il si le reset n'est pas positionné en début de pattern ? Pourquoi ?

TP2 Synthèse logique et génération de chemin de données 3 Automate pour digicode

2.5 Travail à effectuer – Ecrire la description d'un compteur de cinq "un" successifs sous la forme d'un automate de Moore. – Positionner les variables d'environnement. – Lancer SYF avec les options de codage -a, -j, -m, -o, -r et en utilisant les options -CEV.

syf -CEV -a <fsm_source> -

– Un chier Makele vous est fourni pour vous faciliter la vie ! répertoire : ~trncomun/TP/2006/TP2/Fichiers/Fournis/Compteur5/. Utilisez ce Make le à compléter. – Visualiser les chiers .enc. – Ecrire un chier de vecteurs de test et simuler sous ASIMUT. – Que se passe-t-il si le reset n'est pas positionné en début de pattern ? Pourquoi ?

3 Automate pour digicode L'exemple qui suit servira dans toute la suite du TP. On veut réaliser une puce pour digicode dont le clavier est représenté sur la gure 5. Les spécications sont les suivantes : 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B O FIG. 5 – Clavier

– Les chiffres de 0 à 9 sont codés en binaire naturel sur la manière suivante : – A : 1010 – B : 1011 – Le digicode fonctionne en deux modes : – Mode Jour : La porte s'ouvre en appuyant sur "O" – Mode Nuit : La porte ne s'ouvre que si le code est Pour distinguer les deux cas un "timer" externe calcule entre 8h00 et 20h00 et '0' sinon. – Le digicode commande une alarme dès qu'un des chiffres – L'automate du digicode revient dans son état d'attente clavier au bout de 5 secondes ou si l'alarme a sonné pendant Pour cela il reçoit un signal reset du timer externe. – La puce fonctionne à une fréquence de 10MHz. – Toute pression d'une touche du clavier est accompagn Celui-ci signale à la puce que les données en sortie signal est à 1 durant un cycle d'horloge. Le code est 53A17 L'interface de l'automate est le suivant : – in ck – in reset – in jour

– in jour – in i[3 :0] – in O – in press_kbd – out porte – out alarm ACSI M2 8 TP2 Synthèse logique et génération de chemin de données 3.1 Travail à effectuer – Dessiner le graphe d'états de l'automate. (Les corrections seront distribuées) – Le décrire au format .fsm . – Le synthétiser avec SYF en utilisant les options de codage -a, -j, -m, -o, -r et en utilisant les options -CEV.

syf -CEV -a <fsm_source> -

– Ecrire le chier .pat de vecteurs de test. – Simuler avec ASIMUT toutes les vues comportementales obtenues. – Adaptez le Makele (répertoire : ~trncomun/TP/2006/TP2/Fichiers/Fournis/digicode/) pour qu'il couvre tous les encodages possibles. – Quelles sont vos remarques concernant la complexité des expressions (i.e temps) et le nombre de registres (i.e surface) des descriptions comportementales suivant les encodages ? En déduire les deux groupes d'encodage. – Comparer aussi leurs nombres de littéraux. ACSI M2 9 TP2