Döner Kodlayıcı

Döner kodlayıcı modülünü bitirdim ve önceden yaptığım ileri geri sayan programa ekledim. Program döner kodlayıcı saat yönüne döndükçe ileri, ters yöne döndükçe geri sayıyor.

Döner kodlayıcı modülünü önce kendi bildiğim gibi yapmak istedim. Zıplamaları filtrelemek için 2 tane zıplama önleyici modülü kullanmak istemedim çünkü çok verimsiz bir yol. 2 tane 22 bit register kullanılacak. Onun yerine kendim durum makinası yaptım. Bu şekilde yaptığım modül doğru çalışıyor. Fakat tüm zıplamaları filtrelemek için 9 durum tanımlamak zorunda kaldım. Xilinx'in kendi referans tasarımını düşününce yine çok. O yüzden Xilinx'in referans tasarımını kullanmaya karar verdim. İki tasarım da program kodlarında var.

Döner kodlayıcı modülünü Xilinx'in referans tasarımını biraz değiştirerek yaptım. Referans tasarımına http://www.xilinx.com/products/boards/s3estarter/files/s3esk_rotary_encoder_interface.pdf adresinden ulaşılabilir. Referans tasarımında dönme olduğunu gösteren ve dönmenin yönünü gösteren 2 çıkış var. Ben bunları saat yönünde dönme olduğunu ve saat yönünün tersinde dönme olduğunu göstercek şekilde değiştirdim. Ayrıca modülün iç kısımlarını da kısalttım. Şimdi daha şık duruyor.

Xilinx'in referansında bir hata var. Döner kodlayıcının anahtarları normal durumda devre şemasına göre 1 konumunda (pull-up direncinden dolayı) ama osiloskop ekran görüntüsü 0 olduklarını gösteriyor. Doğru olan şemada gösterilen şekil. Karttaki LED'lerden iki tanesi anahtarların durumunu gösteriyor, normal durumda ikisi de 1. Modül girişleri senkron yaparken bu durumu da düzeltiyor, girişlerin tersini alıyor.

Karttaki LED'lerden iki tanesi döner kodlayıcıdaki iki anahtarın durumlarını gösteriyor. Şaftı çevirirken anahtarların durumlarının değiştiğini gözlemleyebiliyorum. Gerçekten eğlenceli.

Çevre birimleri arasından bir tek LCD ekran kaldı. LDC ekranın modülünü de yaptıktan sonra kendi tasarımlarımı yapmaya başlayabilirim.

Döner kodlayıcı modülüne buradan ulaşılabilir.
Verimsiz döner kodlayıcı modülüne buradan ulaşılabilir.
Program kodlarına buradan ulaşılabilir.

Booth - Wallace ve Shift - Add Multiplier

Aldığım dijital VLSI tasarım dersinin projesi olarak 2 farklı çarpma devresi yaptım. Amaç bunları karşılaştırmak ama ben o kısmı geçiyorum. Bu iki devreden booth-wallace çarpma devresi kombinasyonel çarpma yapıyor. Yani clocka ihtiyacı yok, içinde DFF yok. Ama bu yüzden çok sayıda kapıdan oluşuyor. FPGA'in çok kaynağını tüketecektir.

Asıl anlatmak istediğim shift-add çarpma devresi. Bunun hoşuma giden yanı algoritmik akış şemasından (ASM - Algoirthmic Flow Chart) yola çıkarak kodu yazmış olmam. Internette pek çok yerde ve pek çok dijital tasarım kitabında bu ASM bulunabilir. Ben kullanımını rahatlatmak için küçük bir değişiklik yaptım. İşte ASM akış şeması

Normalde shift-add çarpma devresi 3 durumlu. En sona END durumunu ekledim. Start bitini 1'de unutunca çarpmaya devam etmesin. Çünkü çarpmaya başladı mı arada durdurulmuyor. Durum değişkeni için 2 bit kullanıldığı için 4. durumu oluşturmak donanım olarak da yük getirmiyor.

Esas modülde 3 always bloğu var. Biri sonraki durumu şimdiki durum yapan tek satırlık blok. Diğeri next_state için; bir sonraki duruma karar veren blok. Sonuncusu ise aritmetik işlemleri yapan blok. Always bloklarını bu şekilde ayırmak kodun yazılabilirliğini ve okunabilirliğini çok arttırıyor. Bu programlama tekniği aldığım verilog kitabında kullanılıyor.

En tepedeki modülü, çarpma modülünü kullanabilmek için yazdım. Spartan 3E Starter Kit'teki anahtar ve düğmelere göre sayı girme yöntemi belirledim. Karttaki 4 anahtar, 4 bitlik bir sayıyı gösteriyor. Batı düğmesi giriş tuşu. Ona basınca anahtarlardaki 4 bit sayı girilmiş oluyor ve 8 ledin ilk 4ü bu sayıyı gösteriyor. Aynı işlemi bu defa 2. sayı için yapıyorum. Bu sayede 2 tane 4 bitlik sayı girmiş oluyorum. Güney düğmesi çarpma modülünün "start" girişi. Ona basınca da 2 sayının çarpımı 7 segment ledlerde gözüküyor.

Shift-Add multiplier kodları buradan indirilebilir.

Booth-Wallace kodları buradan indirilebilir. Booth-Wallace çarpma modülünü karta uygun hale getirmeye uğraşmadım. Sadece algoritma hali var.

Booth-Wallace algoritması hakkında kaynak
http://www.eecs.tufts.edu/~ryun01/vlsi/index.htm

Verilog Sunumu

Okulda bu dönem 3. sınıflara verilog sunumu yaptım. Slaytlarda çok yazı yok, sunumda anlattığım şeylerin özetini içeriyor. En azından biraz dijital elektronik, biraz da mantık tasarımı bilen ama verilog hakkında hiç bir şey bilmeyen birine nereden başlaması gerektiğini hakkında bilgi verebilir. Zaten anlattığım insanlar da ilk defa verilog gören kişilerdi. Sunum buradan indirilebilir.

Asus EEE ve ISE

Asus EEE dizüstü bilgisayarıma önce Eeebuntu ardından ISE 11.1 kurdum. ISE kurmak oldukça uğraştırdı. ISE'yi yüklemek problemsiz ama programı FPGA'e atmak için gerekli kablo sürücülerini yüklemek vakit alıyor.

Kablo sürücülerini yüklemek için http://www.xilinx.com/support/documentation/user_guides/install_drivers.tar.gz adresinden sürücü dosyalarını indirmek lazım. Bu sürücüyü kullanabilmek için WinDriver'ı kurmak lazım. WinDriver, sürücü programı hazırlamayı çok kolaylaştıran bir programmış. WinDriver http://www.jungo.com/st/download/WD1001LN.tgz adresinden indirilebilir. WinDriver'ı da düzgünce kurmak için fxload programını kurmak lazım. Fxload JTAG arayüzü sağlıyormuş. Fxload

apt-get install fxload

komutuyla kurulabiliyor. 1 program yüklemek için 3 program yüklemek durumunda kaldım.

Yüklemeler bittikten sonra iMPACT doğru çalışıyor. Fakat bilgisayarımın her açılışında windriver'ı yüklemem lazım. Bunu her açılışta yapabilmek için linux boot dosyasına windriver'ı yükleme için gerekli komutları eklemem gerekiyor. Eeebuntu'da linux boot dosyası /etc/rc2.d/S99rc.local
Bunu bir metin editörü ile açıp en sonuna şunları ekledim

/home/dincay/Programs/WinDriver/util/wdreg windrvr6
chmod 666 /dev/windrvr6

Ilk satırda WinDriver programının adresi yazmalı. Bu sayede her açılışta windriver yükleniyor.

Artık linux ortamında çalışan ISE 11.1'im var. 10 inçlik EEE ekranına ISE'yi sığdırmak biraz vakit aldı. Ama son hali çok hoşuma gitti.

İlk program

Yapmayı düşündüğüm programı bitirdim. Program, zıplama önleyicisi ve 7 bölmeli LED sürücüsünü test etmeye yarıyor. Her tuşa basılınca LED'lerdeki sayı bir artıyor. Eğlence olsun diye azalma özelliği de ekledim. Bir anahtar sayma yönünü belirliyor. Bu programı yazdığım çok iyi oldu. Çünkü zıplama önleyicisinde ve LED sürücüsünde önemli hatalar varmış. Şimdi ikisi de çatır çatır çalışıyor. İnternete koyduğum dosyaları da düzelttim.

Zıplama önleyiciye, düzgün simulasyon yapabilmek için reset ekledim.

LED sürücüde basamakların yerleri tersti ve 4 rakamını yanlış basıyordu. İkisini de düzelttim.

Kart kutusundan çıktığında programlama jumperlarının üçü de takılıydı. Bu sayede kartı açar açmaz kart, prom'daki programı kendine yüklüyordu. FPGA'i USB'den programlamak için jumperları sadece ortadaki kalacak şekilde yapmak gerekiyor. Bununla ilgili kullanım kılavuzunda açıklama var.

Program kodlarına buradan ulaşılabilir.

Sayma işlemini tuşla değil de döner kodlayıcı ile yapmak istiyorum. Bir dahaki programda döner kodlayıcıyı kullanacağım. Üstelik döner kodlayıcı için de bir modül yapmış olurum.

Kart Geldi

Sonunda kartım geldi. 26 Mayıs salı günü elime ulaştı. Buraya yazabilmek için anca vakit bulabildim. Kartı Xilinx'in Türkiye distribütörü Empa Elektronik'ten aldım. Fiyatı 190$+KDV. KDV dahil 350 YTL etti. Sipariş formunu imzaladıktan sonra 4 buçuk haftada elime geçti kart.

Kit kutu içinde geldi. Güzel bir kutusu var.

İşte kartın fotoğrafı

Kartın 1.5 m'den uzun USB kablosu var ama adaptör kablosu 1 m'den kısa. Prizlerin, USB girişlerine göre daha zor ulaşılabilir yerlerde olduğunu düşününce adaptör kablosu çok kısa. Kartı masaya koyduğumda; priz, yerde kartın tam altında değilse adaptör kablosu yetmiyor. Bu yüzden uzatma kablosunu bilgisayar kasasının üstüne koymak zorunda kaldım.

Korktuğum hirose konektörü. Korktuğum kadar varmış. Bu konnektörden hayatta bağlantı alamazdım. İyi ki eklenti kartını almışım.

Eklenti kartı ve 7 segment display ile görüntüsü. 7 segment, hirose konnektörün altındaki sokete de takılabiliyor ama hirose kartı takılı değil iken.

Kitin içinde iki tane referans kitabı çıktı:

• Introduction to Programmable Logic
• EDK Concepts, Tools and Techniques

Introduction to Programmable Logic kitabında, Xilinx FPGA ve CLPD'leri ve Webpack programını anlatıyor. Spartan serisi için en son Spartan 2E'lerden bahsediyor. Webpack'in de 6 sürümü üzerinden anlatıyor. Kitabın güncellemeye ihtiyacı var.

İkinci kitapta Embedded Design Kit'ini anlatıyor. EDK hakkında çok bilgim olmadığı için bu kitap hakkında pek yorum yapamayacağım.

Aldığım kitin kullanıcı rehberinin çıkmaması hoş değil. Bunu kendim kitap haline getireceğim artık.

Kitten 3 cd çıktı.

• Spartan 3 Customer Resource CD
  
• Xilinx 9.2i Design Tools Evaluation DVD
  
• Embedded Development Kit DVD ve ISE 9.2i DVD
  

ISE'nin 11 sürümü çıkmışken kitin içinden 9.2 sürümü çıkıyor. Üstelik 2 tane. Hoş değil.

Spartan 3 Customer Resource CD'sinde bir sürü pdf var. İnanıyorum ki hepsini Xilinx'in sitesinden indirebilirim.

Design Tools Evaluation DVD'sinde ISE, webpack Chip scope gibi programlar var. Ama hepsi 9.2 sürümü. Şu sıralar işime yarayacak sadece webpack. Onunda 10.1 sürümünü kullanıyorum. Şu an işime yaramaz bir cd.

EDK DVD'sinde, ne olduğunu yeni yeni öğrenmeye başladığım gömülü tasarımdan bahsediyor.

Kitten çıkanlar hakkında bu kadar.

Kartın her tarafı açıkta olduğu için ESD tehlikesi var. Bunun için aklıma gelen ilk şey adaptör toprağına bir kablo bağlayıp ara sıra bu kabloya dokunmak. Şimdilik böyle idare edeceğim. Belki ileride ESD korumalı masa örtülerinden alırım.

Kartı çalıştırdığımda, kart üzerindeki flash bellekte saklanan program yükleniyor. Bu program test programı. LED'leri, döner kodlayıcıyı , tuşları ve LDC ekranı test ediyor. Bende hepsi düzgün çalışıyor. Bu program http://www.xilinx.com/products/boards/s3estarter/files/s3esk_startup.zip adresinden indirilebilir. Benim için kötü yanı vhdl ile yazılmış olması.

Kartla ilk yapmak istediğim 7 segment ile zıplama önleyiciyi denemek. Bunun için programı yazmaya başladım. Her şey bittiğinde buraya yazacağım.

FPGA Referans Kitabı

Evde kullanmak üzere Amazon.com'dan FPGA kitabı sipariş ettim. Okuldaki kütüphanede de var ama hep bende dursun istedim. Kitabın adı: FPGA Prototyping by Verilog Examples: Xilinx Spartan-3 Version. Kapak görüntüsü:


Kitap hakkında daha ayrıntılı bilgi için http://www.amazon.com/gp/product/0470185325/. Ben altığımda 58$'dı.

Piyasada bir sürü Verilog ve FPGA kitabı arasından bunu seçmemin sebebi

• Kitap herhangi bir FPGA için değil, Spartan 3 göz önüne alınarak yazılmış. Kitapta bazı bölümler Xilinx FPGA'lere özgü. Örneğin son konu olan PicoBlazo mikroişlemci. PicoBlaze ile uğraşmak istediğimde çok işime yarayacak.
  
• Kitapta siparişini verdiğim Spartan 3E Starter Kit'le yapabileceğim VGA, PS2 fare ve klavye, RS232 ile ilgili bölümler var. Bu bölümlerde her bir devrenin nasıl yapılacağını anlatıyor. İleride bana yol gösterici olacaklar. Bazı temel modülleri de anlatıyor.
  
• Verilog için başvuru kitabı olacak nitelikte. Herhangi bir konuyu unuttuğumda açıp hatırlayacağım. İnternet var ama alıştığım bir kitapta bir konuyu bulmak daha kolay.
• Verilog anlatan benzer kitaplara göre daha ucuz. Verilog ve FPGA ile ilgili 70$'ın altında başka kitap yok.
  

Sahip olmaktan mutlu olacağım bir kitap.