Thiết kế hệ thống xử lý ảnh video trên FPGA (CycloneII), chương 12 docx

Chương 12: Chi tiết phần mềm
MAX+PLUS
®II của ALTERA
1. Giao diện đồ họa
Sau khi setup MAX+PLUS®II, chúng ta phải setup license
cho chương trình MAX+PLUS
®II. Nếu không, tuy chương trình
được setup xong nhưng MAX+PLUS
®II chỉ cho phép dùng một
số trình ứng dụng của MAX+PLUS
®II, còn lại một số trình ứng
dụng khác không thể sử dụng được. Chúng ta có thể tải license
trên webside của Altera tại www.Altera.com.
Đây chỉ là bảng
miễn phí dành cho sinh viên nghiên cứu, không phải là bảng
full. Muốn có bảng full, chúng ta phải mua qua mạng. Tuy
nhiên, với phiên bản dành cho sinh viên, chúng ta có thể lập
trình được.
Khi setup hoàn tất, Start
Hình: Giao diện đồ hoạ của MAX+PLUS®II
MAX+PLUS®II MANAGER là cửa sổ đầu tiên của
MAX+PLUS
®II. MAX+PLUS®II MANAGER cung cấp những
lệnh thông dụng cho tất cả những ứng dụng của
MAX+PLUS
®II. Khi chúng ta mở hay tạo một file mới, một cửa
sổ thích hợp mở ra một cách tự động với những chức năng điều
khiển tương ứng với file đó.
2. Các tác vụ trong MAX+PLUS®II MANAGER
a. Trình soạn thảo của MAX+PLUS
®II MANAGER

(Text Editor)
Trình soạn thảo của MAX+PLUS®II là một công cụ rất linh
hoạt trong thiết kế bằng ngôn ngữ VHDL và AHDL.
Text Editor được mở trên thanh toolbar hay từ menu
file.
Ngay lập tức cửa sổ Text Editor được mở với tên mặc đònh cho
project hiện hành là
untiled1, có thể đặt tên lại bằng Save As
trong menu file.
Khi thiết kế ngôn ngữ VHDL phải đặt tên file có đuôi
*.vhd. Nếu thiết kế bằng ngôn ngữ AHDL thì có đuôi *.tdf.
Ngoài ra, khi dùng Text Editor, có thể lưu file với bất cứ dạng
nào dành cho thiết kế như:
 Altera Design File *.acf
 EDIF Input File *.edf
 Graphic Design File *.gdf
 Verilog Design File *.v
 VHDL Desig File *.vhd
 Waveform Design File *.wdf
 Xilinx Netlist Format File *.xnf
Từ cửa sổ Text Editor, có thể kiểm tra ngữ pháp trong ngôn
ngữ VHDL, thực hiện việc biên dòch, mô phỏng. Text Editor
cũng cho phép chỉnh sửa, cắt, dán, …
b. Trình biên dòch Compiler MAX+PLUS®II
Trình biên dòch Compiler của MAX+PLUS®II là một trình
xử lý tự động hoá thiết kế rất mạnh, có thể chuyển đổi các file
thiết kế thành các file input, output cho các thiết kế lập trình,
mô phỏng và phân tích thời gian.
Trình biên dòch compiler hơn cả một trình xử lý đơn giản, là
chương trình ứng dụng quan trọng nhất trong MAX+PLUS

®II.
Trình biên dòch liên kết các thiết kế là chương trình trung
gian để chuyển đến xử lý các chương trình ứng dụng khác nhau
như: mô phỏng (simulator), phân tích đònh thời (timing analyzer)
và bộ lập trình programmer.
Chúng ta có thể chọn linh kiện cho project đang biên dòch
hay cho chương trình Compiler tự động chọn linh kiện thích hợp
trong họ linh kiện của chúng.
Để xác đònh họ linh kiện:
 Chọn Device (Assign menu). Hộp thoại Device được
trình bày.
 Click vào mũi tên trong khung Device Family được hỗ
trợ bởi MAX+PLUS
Chọn FLEX10K nếu nó chưa được chọn
 Kiểm tra linh kiện trong Device box. Bật chức năng
Show Only Fastest Speed Grades và quan sát.
 Chọn AUTO trong bảng Device và click OK.
Hình: Hộp thoại Device
Trình biên dòch của MAX+PLUS®II sẽ biên dòch các file có
dạng đuôi sau: *.tdf, *.edf, *.vhd, *.scf, …
Cùng hoạt động song song với trình biên dòch là trình xử lý
lỗi của MAX+PLUS
®II (MAX+PLUS®II MESSAGE
PROCESSOR), cho phép xác đònh các lỗi trong file thiết kế, các
lỗi sẽ luôn được dò tìm trong suốt quá trình biên dòch một
project.
Khi trình biên dòch hoạt động, nó sẽ thực hiện một chuỗi các
chương trình con, mỗi chương trình con thực hiện một chức năng
khác nhau và tạo ra những file khác.
Chú ý: Các dạng file chương trình:

 Flex Chain File (*.fcf): Chuỗi các file kiểu kiến trúc
FLEX.
 Hexadecimal (Intel format) (*.hex): file thập lục theo
đònh dạng của Intel.
 JEDEC File (*.jed)
 JTAG Chain File (*.jcf)
 Programmer Object File (*.pof)
 Row Binary File (*.rbf)
 Serial Bitstream File (*.sbf): lưu cấu hình dùng cho
FLEX 8000 và FLEX 10K
 Serial Vector File (*.SVF): file chứa thông tin của thiết
bò trong môi trường lập trình có kiểu ATE sử dụng công
nghệ MAX 7000.
 Sram Object File (*.sof):File nhò phân để lập cấu hình
cho FLEX 8000 và FLEX 10K
 Tabular Text File (*.ttf): Dạng file văn bản phẳng
Hình: Hộp thoại Compiler
Nhấn Start để bắt đầu biên dòch
Nhấn Stop (Stop/Show status) để dừng biên dòch
Dạng File văn bản phẳng
*Tiến trình làm việc của Compiler
Đầu tiên, trình biên dòch trích ra những thông tin đònh nghóa
sự kết nối mô hình phân cấp với các file thiết kế. Sau đó, kiểm
tra lỗi trên tổng thể project. Tiếp theo, Compiler tạo ra sơ đồ tổ
chức của project đó, sơ đồ này bao gồm tất cả các thiết kế bên
trong.
Nhấn vào
Start biên dòch chương trình hiện hành, cũng có
thể biên dòch bằng cách chọn
Project Save & Compiler hay

Project Save, Compiler & Simulator. Muốn dừng chương trình
biên dòch nhấn
Stop.
Khi Compiler đang phân chia hay điều chỉnh các thiết bò cho
Project, khối
Partitioner / Filter Status bắt đầu chuyển sang
màu xanh dương thì nút
Stop chuyển thành nút Stop/Show
Status
.
Khi chọn nút này, hộp thoại Stop/Show Status được mở,
hiển thò bảng trạng thái các thiết bò đang được gán và phân chia
đồng thời ngừng biên dòch và phát sinh một file báo cáo
Nếu một project quá lớn, trình biên dòch tự động phân chia
thành nhiều thiết bò (Device Family)
c. Trình Waveform Editor của MAX+PLUS®II
Waveform Editor là một ứng dụng linh hoạt với hai chức
năng: là một công cụ để thiết kế và là một công cụ để hướng
vào công việc mô phỏng, là cửa sổ để hiển thò kết quả sau khi
mô phỏng.
Bên trong ứng dụng này có thể tạo các file có dạng WDFs
(.wdf) gồm thiết kế logic cho project hoặc các file SCFs (.scf)
chứa các vector input dành cho mô phỏng.
Dùng waveform Editor cho công việc kiểm tra thiết kế:
Trình Waveform Editor cho phép tạo mới input vectors dành
cho việc mô phỏng trong khuôn mẫu dạng sóng (Waveform
Format). Một cách đơn giản, có thể dùng Waveform Editor tạo
mới một file .scf ngầm đònh (default SCF) từ file .snf của
project.
Cả hai trình Simulator và Waveform Editor của

MAX+PLUS
®II đều cho phép xem kết quả của công việc mô
phỏng và kiểm tra chức năng lưu lại tất cả những thiết kế được
tạo ra bởi người dùng (usre_defined), do trình simulator sinh ra
(simylator_generated), hoặc các thiết bò output hiện thời vào
một file SCF (.scf: simulator channel file).
Các output mô phỏng có thể được so sánh với các output do
người dùng tạo ra trong SCF hiện thời, hoặc so sánh với các
output thiết bò hiện thời đang hiển thò các kết quả của chức năng
kiểm tra.
Không cần quan tâm đến mục đích là: đi vào sự thiết kế hay
kiểm tra thiết kế tạo ra, vẫn có thể tận dụng thuận lợi các đặc
điểm của Waveform Editor.
Dễ dàng thay đổi dạng sóng – có 2 dạng sóng: whole
waveform (không gián đoạn) và waveform intervals (gián đoạn)
và tạo mới. Chọn lọc, cắt xén, thêm bớt nodes và groups.
Chỉ với một vài lệnh đơn giản, có thể tạo ra một Table File
(.tbl: bảng liệt kê tất cả các input vector và output vector logic
trong Vector file (gồm những vector chỉ ra mức logic của các
nodes input trong project mà trình mô phỏng dùng file này để
kiểm tra sự logic của các toán tử trong project) để tạo ra những
file SCF, WDF.
Có thể lưu WDF như SCF và thay đổi nó cho có mục đích
mô phỏng hoặc chuyển đổi SCF sang WDF để dùng như một
dạng file thiết kế.
d. Trình mô phỏng của MAX+PLUS®II
Trình mô phỏng của MAX+PLUS®II (MAX+PLUS®II
simulator) là một công cụ rất mạnh để kiểm tra sự logic và tối
ưu thời gian cho một project. Vì simulator cho phép kiểm tra lại
project khi nó thật sự chuyển giao đến phần cứng, nó có thể thu

ngắn thời gian, làm biến dạng thiết kế ban đầu thành silicon làm
việc.
Simulator còn cho phép tái tạo một project trọn vẹn mà
không quan tâm đến phải có bao nhiêu thiết bò để thực thi nó.
Simulator hỗ trợ mô phỏng cho một project ở chế độ
interactive (interrective mode: mở cửa sổ hết màn hình) bằng
cách thực hiện lệnh tại menu, hay chọn Option “on_screen”, hay
chọn chế độ patch (một chế độ hoạt động của simulator mà được
thực hiện từ file command (*.cmd)).
Khi chọn một trong hai chế độ: interactive mode (chế độ
tương tác) hay patch mode (chế độ tệp), trình mô phỏng không
những tự động load project hiện hành mà phải luôn luôn dựa
theo kiểu của file SNF, file SNF là file mới nhất được sinh ra từ
trình biên dòch, kết hợp các functional, timing, hay liên kết mô
hình mô phỏng với nhau.
Hình: Trình mô phỏng của MAX+PLUS®II
Function SCF (Function Simulator Netlist File: file đònh
dạng nhò phân, được tạo ra từ chương trình Compiler’s Function
Extractor gồm những thông tin logic cần cho chức năng mô
phỏng) có trước cả: tổng hợp logic (logic synthesis). Partitioning
và fitting được thực thi. Dù chức năng của Simulator cũng cho
phép mô phỏng tất cả các node trong một project.
Trong chức năng của Simulator, thay đổi các mức logic (0,
1, X, Z) của cổng output cùng thời điểm như input vector và độ
dễ lan truyền (delay) không được dùng suốt quá trình mô phỏng.
Ngược lại, thời gian mô phỏng dùng trong file timing SNF
chứa những thông tin dùng cho một project hoàn chỉnh, nghóa là
chỉ mô phỏng những node có sự tổng hợp tồn tại
Một file SNF liên kết (linked SNF) dùng cho mô phỏng đa
project (multi_project) có thể có cả hai thông tin và/hay chức

năng. File liên kết SNF được tạo ra khi biên dòch một
super_project, một super_project gồm các file liên kết mức top
(top_level design file) gồm có symbol và instance ( trong
graphic editor, các instance là những ID number, trong giản đồ
sóng nó là tên các node) đại diện cho mỗi project. Sự giả lập
chức năng, đònh thời liên kết được thực thi tại thời điểm quá
0.1ns.
Có thể tăng tốc quá trình giả lập đònh thời bằng cách cho
phép chương trình Compiler thay thế những phần của tổ hợp
logic trong file timing SNF với mô hình động. Mỗi mô hình động
đại diện cho một mạng lưới tổ hợp logic đặc biệt nào đó. Thay
vì biên dòch tất cả các logic trong mạng lưới tổ hợp, bộ
Simulator có thể tham chiếu đến một mô hình động làm đại
diện, do đó giảm được thời gian giả lập.
Simulator dùng file SNF hay vector file như nguồn mô
phỏng của các input vector. Với trình Waveform Editor, có thể
tạo mới một file SNF mặc đònh trực tiếp từ file SNF của project
và chỉnh sửa để cung cấp cho các vector input. Nếu tạo mới một
file vector, Simulator tự động tạo mới một file SCF từ vector file
trước khi giả lập bắt đầu.
SCF bao gồm các cổng output và bỏ qua các node dành cho
project. Trong quá trình kiểm thử sự giả lập hay chức năng, giản
đồ sóng của cổng vào còn lại trong file SCF không thay đổi.
Output và các mức logic bò bỏ qua trong file SCF được cập nhật
hay giữ lại và so sánh với các output khác tuỳ theo sự đặc tả của
người tiêu dùng.
Simulator cho phép kiểm tra các output giả lập ngược lại
các output trong file SCF. Các output có thể có các output mới,
các output của quá trình mô phỏng trước đó hay output của thiết
bò hiện hành.

MAX+PLUS®II cũng thực thi chức năng kiểm thử để so
sánh các output của một thiết bò lập trình có ngược lại với các
output giả lập không. Mặt khác, Simulator cũng chính là màn
hình cho project đáp lại oscillation (một mức logic không chắc
chắn trên một tín hiệu) hay thiết lập (setup) và giữ (hold) thời
gian giới hạn.
Với giản đồ sóng (Wave Editor) có thể thấy file SCF khi
chương trình simulator mã hoá nó. Có thể lưu các output giả lập
trong một table file.
e. Trình soạn thảo đồ hoạ của MAX+PLUS®II
Trình soạn thảo đồ họa MAX+PLUS®II (Graphic Editor) là
một chương trình giữ chức năng đồ họa tinh vi, cho phép đi vào
cả hai dạng thiết kế từ đơn giản đến phức tạp một cách dễ dàng.
Một file Graphic Editor kết hợp chặt chẽ với thiết kế logic
bằng cách đưa mỗi symbol vào trong một thiết kế phân cấp. Có
thể chọn symbol từ thư viện, chứa trên 300 megafunctions,
primitives được Altera hỗ trợ hay dùng các symbol
macrofunction của chính người sử dụng mà được mô tả trong file
thiết kế khác. Thêm vào đó có thể kết hợp tự do các file GDF
với những kiểu file thiết kế khác bên trong. Với cửa sổ Symbol
Editor, ta có thể nhìn, tạo mới và sữa đổi các biểu tượng trong
file thiết kế. Những Symbol này sau đó được dùng trong những
biểu đồ tạo bởi Graphic Editor.
Hình: Giao diện trình soạn thảo Graphic Editor
Hình: Giao diện Symbol Editor
Cả Graphic Editor và Symbol Editor đều dễ dàng cho việc
thiết kế và edit biểu đồ. Cụ thể, Graphic Editor cho phép tạo
mới và sửa đổi một file GDF chứa đựng vài megafunetion,
megafunetion kết hợp lại và các primitive symbol. Graphic
Editor cũng cho phép mở các file dạng Orcard Schematic- một

file có phần mở rộng .sch và lưu nó như một file GDF.
Một file Graphic Editor kết hợp chặt chẽ với thiết kế logic,
bằng cách đưa mỗi cái symbol vào trong một thiết kế phân cấp.
Có thể chọn từ các thư viện, chứa đựng trên 300 megafunction,
primitive được Altera hỗ trợ, hoặc dùng các symbol
macrofunction của chính người sử dụng đã được mô tả trong các
file thiết kế khác. Thêm vào đó, có thể kết hợp tự do các file
GDF với kiểu file thiết kế khác trong một project phân cấp.
Max+plus II cũng tự động tạo ra một symbol đại diện cho
file thiết kế bất kỳ nào có thể sử dụng Symbol Editor tùy biến
cho các loại file dạng Symbol File và sử dụng bất kỳ tổ hợp nào
trong môt file GDF. Khi một symbol đã được chỉnh sửa, vẫn có
thể dễ dàng cập nhật nó vào trong một file GDF.
Với trình Graphic Editor của Max+Plus II có thể kết nối các
symbol lại bằng cách kéo từng nodes và bus, còn có thể chỉ nối
các symbol dựa trên tên của nó. Mặt khác dùng những primitive
arrays để mô tả cho đa symbol (multilple symble) mà đã được
nhóm lại có logic.
Khi dòch chuyển symbol hoặc vùng(area) trong Graphic
Editor, có thể sử dụng rubberbanding (một đặc điểm của trình
Graphic và Symbol Editor, khi được chọn sẽ cho phép dòch
chuyển symbol và area mà không làm mất tính liên kết của các
tín hiệu). Có thể lật, quay các node, các area, thay đổi chế độ
nhìn của file là ‘in room’ hay ‘out room’.
Tất cả các Editor dành cho thiết kế của Max+Plus II đều
cho phép kết nạp thông số (parameter), thiết bò(device), gán
nguồn tài nguyên(resource assignments) và node khởi đầu
(source), node kết thúc (destination) cho việc phân tích thời
gian.