BI-SAP.21 Struktura a architektura počítačů
Jdi na navigaci předmětu

Simulace chování obvodu

Nakreslené schéma čtyřbitové sčítačky nyní budeme simulovat – tzn. přiložíme na vstupy posloupnosti logických hodnot 0 a 1, budeme pozorovat výstupy a srovnáme výsledky se zadáním. K simulaci slouží testovací soubor tzv. testbench, který definuje testovací sadu pomocí jazyka pro popis hardware – v našem případě VHDL.

1. Příprava simulace

Pro simulaci schématu je nejprve třeba jej převést na VHDL soubor pomocí skriptu bd2vhd. Převod je totožný pro simulaci i syntézu (pokud jste soubor už převedli, pak tento krok vynechejte).

Varování:

Každý testbench je připraven na konkrétní testovaný obvod. Pokud zvolíte jiné jméno návrhu než to, které je uvedené v souboru s testbenchem, nebo nedodržíte jména vstupů a výstupů, pak testbench nebude fungovat.

2. Import testovacího souboru

2.1. Stáhněte si testovací soubor

Stáhněte si soubor l1_adder4_test.vhd – testbench na čtyřbitovou sčítačku.

2.2. Spusťte průvodce přidáním testovacího souboru do projektu

V levé části (Flow Navigator) v sekci Project Manager vyberte položku Add Sources.

Přidání testbenche - Spuštění

2.2.1. Vyberte přidání zdrojového souboru pro simulaci

V otevřeném okně vyberte položku Add or create simulation sources a okno potvrďte.

Přidání testbenche - Úvod

2.2.2. Vyberte testovací soubor

Klikněte na Add Files a najděte stažený soubor l1_adder4_test.vhd. Pokud už není zaškrtnuta, vyberte volbu Copy sources into project, aby se vytvořila kopie souboru přímo v adresáři projektu. Okno potvrďte.

Přidání testbenche - Seznam souborů

V části SourcesSimulation Sources by se soubor l1_adder4_test měl objevit na nejvyšší úrovni.

Přidání testbenche - Výsledná hierarchie

3. Spuštění simulace

Nyní můžete spustit simulaci – v levé části (Flow Navigator) v sekci Simulation vyberte Run Simulation a poté Run Behavioral Simulation.

Simulace - Spuštění

4. Okno simulace

V okně simulace nyní můžete sledovat časové průběhy vstupních i výstupních portů vašeho návrhu.

Důležité:

Ve výchozím zobrazení vidíte jen posledních několik pikosekund simulace, ve kterých se už neděje nic zajímavého. Oddalte si tedy průběhy pomocí ikony Zoom Out nebo ještě lépe zobrazte celý průběh pomocí Zoom Fit.

Simulace - Průběhy

5. Kontrola správnosti návrhu

V souboru l1_adder4_test je pouze malý zlomek možných kombinací vstupních hodnot. V čase 200 ns jsou nastaveny vstupy A a B na hodnotu 1 a obvod na to zareagoval změnou výstupu S na hodnotu 2. Což odpovídá tomu, že sčítačka sčítala 1+1 a vrátila binárně 10, tj. dekadicky 2.

V čase 401 ns je navíc nastaven na hodnotu logické 1 i vstup CIN a obvod na to opět zareagoval změnou výstupu S na hodnotu 3. Což odpovídá tomu, že sčítačka sčítala 1+1+1 a vrátila binárně 11, tj. dekadicky 3.

Simulace k předmětu BI-SAP také vypisují hlášení do konzole Tcl Console. Výpis vždy obsahuje začátek simulace, počet chyb (nebo hlášku, že chyby nejsou kontrolovány automaticky) a konec simulace. Ve výjimečných případech se může objevit i zpráva, že simulace byla pozastavena a že je třeba ji dokončit.

Simulace - Tcl Console

Pokud jste s výsledkem simulace spokojeni, pak ji zavřete pomocí křížku v modrém pruhu nad oknem s průběhy. Vyhnete se tak problémům s neaktuálními simulacemi v případě, že byste ji později chtěli spustit znovu.

6. Import jiného testovacího souboru

Pokud by vás zajímal pokročilý test pro všechny možné kombinace, pak si můžete stáhnout soubor l1_adder4_full_test.vhd, naimportovat jej do projektu (stejným způsobem jako u prvního souboru), nastavit jako hlavní simulační testbench (viz následující obrázek) a spustit simulaci.

Simulace - Nastavení jiného testbenche

Testbench l1_adder4_full_test.vhd postupně vyzkouší všechny možné kombinace bez vstupního přenosu (2^(4+4+1) = 512) a poté všechny možné kombinace se vstupním přenosem. Upravte si přiblížení simulace pomocí Zoom Fit, Zoom Out a Zoom In tak, abyste viděli jednotlivé změny.