Forum: FPGA, VHDL & Co. VHDL: if-Anweisung mit verzögertem Signal


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von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Hallo,

für eine Testbench, d.h. nicht synthesefähigen Code, in VHDL (Vivado 
2019.2.1) wollte ich den folgenden Ausdruck verwenden:
signal x: STD_LOGIC;
...
...
...
my_proc: process
constant t : time := 123 ns;
begin
  if ((x after t) = '0') then
     ...
  end if;
end process my_proc;

Auch wenn ich das verzögerte Signal "x after t" einer prozesslokalen 
Variable zuweise, meckert Vivado. Nur dann, wenn ich ein Signal 
verwende, funktioniert das ganze.

Gibt es eine Kurzschreibweise ohne zusätzliches Signal?

von -gb- (Gast)


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Dazu müsste der Simulator doch in die Zukunft gucken können? Du 
verlangst jetzt eine Entscheidung die aber auf dem Zustand eines Signals 
in der Zukunft basiert. Dieser Zustand ist aber im aktuellen 
Simulationsschritt noch nicht bekannt/errechnet worden.

von -gb- (Gast)


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Sorry, bitte ignorieren.

von Achim S. (Gast)


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-gb- schrieb:
> Sorry, bitte ignorieren.

Wieso, deine Erklärung geht doch in die richtige Richtung?

@TO: was willst du mit der Abfrage denn erreichen? Interresiert dich in 
der Abfrage der Wert von x 123ns später? (den kann der Simulator nicht 
kennen).

Oder interessiert der um 123ns verzögerte Wert von x? Dann hättest du 
dem Simulator 123ns vorher sagen müssen, dass er sich das "merken" soll.

Die nebenläufige Anweisung

  y <= x after 123 ns;

wird vom Simulator bei jeder Änderung von x ausgewertet. Dann merkt er 
sich vor, dass er 123 ns später den Wert von y anpassen muss und führt 
das zum entsprechenden Zeitpunkt aus. Das ergibt eine definierte Abfolge 
von Aktionen beim Simulator. Deine Abfrage

     if ((x after t) = '0') then

ergibt das imho nicht.

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Achim S. schrieb:
> @TO: was willst du mit der Abfrage denn erreichen? Interresiert dich in
> der Abfrage der Wert von x 123ns später? (den kann der Simulator nicht
> kennen).

Nein.

> Oder interessiert der um 123ns verzögerte Wert von x? Dann hättest du
> dem Simulator 123ns vorher sagen müssen, dass er sich das "merken" soll.

Ja. Ich modelliere gerade einen AD-Wandler, dessen serieller 
Datenausgang durch eine Chip-Select-Leitung zwischen aktiv und tristate 
umgeschaltet wird. Laut Datenblatt reagiert der Baustein aber erst 
etliche Nanosekunden verzögert.

> Die nebenläufige Anweisung
>
>   y <= x after 123 ns;
>
> wird vom Simulator bei jeder Änderung von x ausgewertet. Dann merkt er
> sich vor, dass er 123 ns später den Wert von y anpassen muss und führt
> das zum entsprechenden Zeitpunkt aus. Das ergibt eine definierte Abfolge
> von Aktionen beim Simulator. Deine Abfrage
>
>      if ((x after t) = '0') then
>
> ergibt das imho nicht.

Ist dieses Verhalten im VHDL-Standard (2003, 2008, ...) genau so 
beschrieben oder ein Implementierungsdetail des Vivado-Simulators? 
"Darf" der Simulator in solchen Situationen keinen weiteren 
Auswertungszeitpunkte erkennen und anwenden?

von Achim S. (Gast)


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Andreas S. schrieb:
> Ist dieses Verhalten im VHDL-Standard (2003, 2008, ...) genau so
> beschrieben oder ein Implementierungsdetail des Vivado-Simulators?
> "Darf" der Simulator in solchen Situationen keinen weiteren
> Auswertungszeitpunkte erkennen und anwenden?


Ich habe immer noch nicht verstanden, welches Verhalten du vom Simulator 
erwartest/welche Vormerkungen der Simulator in deiner Anwendung 
beherrschen sollte. Ich kenne after nur als Bestandteil einer Waverform, 
die auf der rechten Seite einer Zuweisung steht.
http://rti.etf.bg.ac.rs/rti/ri5rvl/tutorial/TUTORIAL/IEEE/HTML/1076_8.HTM#8.4.1

Wenn du eine andere Bedeutung/Anwendung von after kennst, würde mich 
interessieren, wo diese beschrieben ist.

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Achim S. schrieb:
> Ich habe immer noch nicht verstanden, welches Verhalten du vom Simulator
> erwartest/welche Vormerkungen der Simulator in deiner Anwendung
> beherrschen sollte.

Der Simulator soll nur das physikalische Verhalten meines extern 
angeschlossenen Peripheriebausteins nachbilden. Diese Worst-Case-Zeiten 
stammen aus dem Datenblatt des ADC (TI ADS1672). Anbei ein 
Bildschirmfoto des Simulators:

1. Der rote Pfeil stellt dar, dass das Signal ADC_DOUT erst 8 ns nach 
dem Aktivieren des Chip-Selects ADC_CS_N vom Tri-State auf eine aktive 0 
wechselt.

2. Der gelbe Pfeil stellt dar, dass das Signal ADC_DOUT dem zugehörigen 
Taktsignal ADC_SCLK um 3 ns hinterherhinkt.

Diese und auch noch ein paar andere Timings lassen sich natürlich nur 
mit Hilfe der beschriebenen "after"-Anweisungen darstellen. Das FPGA 
aktiviert den Chip-Select und der Baustein reagiert eben erst kurz 
danach mit DOUT, usw..

> Ich kenne after nur als Bestandteil einer Waverform,
> die auf der rechten Seite einer Zuweisung steht.
> http://rti.etf.bg.ac.rs/rti/ri5rvl/tutorial/TUTORIAL/IEEE/HTML/1076_8.HTM#8.4.1

Ja, genau so ist es ja üblich, bedeutet aber natürlich, dass man eben 
eine Zuweisung an ein Signal durchführt.

> Wenn du eine andere Bedeutung/Anwendung von after kennst, würde mich
> interessieren, wo diese beschrieben ist.

Hä? Das ist doch genau die von mir gestellte Frage, ob es möglich ist, 
die explizite Zuweisung an ein Signal zu vermeiden. Offenbar ist solch 
ein Ausdruck mit "after" nur im Rahmen von Zuweisungen, aber nicht bei 
Vergleichen zulässig. Für meine Testbench wäre es eben nur eleganter 
gewesen.

Bei einer synthesefähigen Beschreibung würde ich natürlich einen 
entsprechende Tri-State-Treiber instantiieren und ein T-Signal 
mitführen. Aber zum einen wäre "after" je eh nicht synthesefähig, und 
zum anderen hätte ich dann ja eh meinen externen ADC. Und den 
synchronisiere ich dann natürlich auch entsprechend ein.

PS.: Die 123 ns in meinem Beispiel waren zur Illustration willkürlich 
gewählt und finden sich nicht im Bildschirmfoto wieder.

: Bearbeitet durch User
von Tobias B. (Firma: www.elpra.de) (ttobsen) Benutzerseite


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Andreas S. schrieb:
> Hallo,
>
> für eine Testbench, d.h. nicht synthesefähigen Code, in VHDL (Vivado
> 2019.2.1) wollte ich den folgenden Ausdruck verwenden:
>
>
> signal x: STD_LOGIC;
> ...
> ...
> ...
> my_proc: process
> constant t : time := 123 ns;
> begin
>   if ((x after t) = '0') then
>      ...
>   end if;
> end process my_proc;
> 
>
> Auch wenn ich das verzögerte Signal "x after t" einer prozesslokalen
> Variable zuweise, meckert Vivado. Nur dann, wenn ich ein Signal
> verwende, funktioniert das ganze.
>
> Gibt es eine Kurzschreibweise ohne zusätzliches Signal?

Mit dem VHDL Attribut 'delayed(t) *) kannst du dir den Wert des Signals 
zum Zeitpunkt now-t geben lassen. Ist es das was du willst? Wirklich 
eindeutig ist es nicht was du da vor hast.

In die Zukunft blicken geht nicht, schon allein nicht um den Prozess zum 
richtigen Zeitpunkt anzuwerfen. In deinem Fall wuerdest du einen 
Vergleich zum Transistion Zeitpunkt t0 mit x durchfuehren, mit der 
Information wie x zum Zeitpunkt t0 + 123 ns aussieht. Das kann nicht 
funktionieren.

Was allerdings geht: Du kannst den Prozess zum Zeitpunkt t+123ns 
anwerfen mit dem Signal x vor 123ns in der Vergangenheit, ala:
my_proc: process (x'delayed(123 ns))
begin
  if (x = '0') then
      ...
  end if;
end process my_proc;

Das wuerde zumindest mal die Zeitachse beibehalten, nur den 
Referenzzeitpunkt der Auswertung aendern.

Vielleicht erklaerst du auch mal den Kontext, evtl. gibt es allgemein 
eine funktionierende und elegantere Loesung.

*) Eine Uebersicht von Signal Attribuetn findest du z.B. hier: 
https://www.csee.umbc.edu/portal/help/VHDL/attribute.html

: Bearbeitet durch User
von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Vielen Dank für die Antworten, aber ich habe den Kontext ja bereits 
genannt. Und der Weg über ein entsprechendes verzögertes Signal 
funktioniert ja auch prächtig, wie man anhand der Simulation sehen kann.

Es geht ausschließlich um eine mögliche Kurzschreibweise, und das 
Attribut "delayed" war mir bislang noch nicht bekannt. Das müsste 
wahrscheinlich genau die von mir gewünschte Funktionalität besitzen.

: Bearbeitet durch User
von Tobias B. (Firma: www.elpra.de) (ttobsen) Benutzerseite


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Andreas S. schrieb:
> Vielen Dank für die Antworten, aber ich habe den Kontext ja bereits
> genannt. Und der Weg über ein entsprechendes verzögertes Signal
> funktioniert ja auch prächtig, wie man anhand der Simulation sehen kann.

Ich glaube du hattest deine ausfuehrliche Erlaeuterung parallel zu 
meiner geschrieben, daher kannte ich die beim Verfassen noch nicht. 
Jetzt war es dann doch deutlich klarer.

von Gustl B. (-gb-)


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Achim S. schrieb:
> Wieso, deine Erklärung geht doch in die richtige Richtung?

Ne, da hatte ich verstanden, dass er keinen Blick in die Zukunft, 
sondern in die Vergangenheit will.

Andreas S. schrieb:
> if ((x after t) = '0') then

Das verlangt einen Blick in die Zukunft und geht daher nicht. Es fragt 
nämlich: Wird x in der Zeit t den Wert 0 haben?

Wenn er aber schreibt:
x_verzögert <= x after t;
und dann abfragt
if x_verzögert = '0' then ...

dann enthält x_verzögert einen Blick in die Vergangeheit. x_verzögert 
enthält den Wert, den x vor der Zeit t hatte. Die Abfrage lautet also:
Hatte x vor der Zeit t den Wert 0?
Und das kann man natürlich bauen, weil in dem Fall tatsächlich ein alter 
Wert von x aufgehoben/gespeichert wird.

: Bearbeitet durch User
von Achim S. (Gast)


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Gustl B. schrieb:
> Ne, da hatte ich verstanden, dass er keinen Blick in die Zukunft,
> sondern in die Vergangenheit will.

Kein Wunder: offenbar mussten alle, die sich an dem Thread beteiligt 
haben, erst mal um Klärung bitten, was der Code denn tatsächlich 
bewirken soll. Weil der TO zunächst einen nicht funktionierenden 
Lösungsansatz gezeigt hat und dachte, damit sei jedem seine 
Problemstellung schon klar.

Geschickter wäre gewesen, mit dem funktionierenden, aber in seinen Augen 
uneleganten Code zu starten.

Damit wäre seine Problemstellung tatsächlich klar beschrieben gewesen 
(in Form einer funktionierenden VHDL-Beschreibung). Und auch die Frage, 
ob man eine Signalzuweisung weglassen kann beantwortet sich viel besser, 
wenn die betreffende Signalzuweisung tatsächlich gezeigt wird - und 
nicht der Phantasie der Leser überlassen.

von Christoph Z. (christophz)


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Gustl B. schrieb:
> Wenn er aber schreibt:
> x_verzögert <= x after t;
> und dann abfragt
> if x_verzögert = '0' then ...
>
> dann enthält x_verzögert einen Blick in die Vergangeheit. x_verzögert
> enthält den Wert, den x vor der Zeit t hatte. Die Abfrage lautet also:
> Hatte x vor der Zeit t den Wert 0?
> Und das kann man natürlich bauen, weil in dem Fall tatsächlich ein alter
> Wert von x aufgehoben/gespeichert wird.

Richtig, und genau dass kann man in VHDL eleganter schreiben, so wie es 
Tobias erklärt hat: Beitrag "Re: VHDL: if-Anweisung mit verzögertem Signal"

Das Attribut 'delayed kannte ich auch lange nicht. Für die Simulation 
gibt es noch weitere praktische Attribute: 'stable(t), 'quiet(t), 
'last_event, 'last_active, 'last_value.

von -gb- (Gast)


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Christoph Z. schrieb:
> Das Attribut 'delayed kannte ich auch lange nicht.

Ich kannte es bis zu diesem Thread nicht sondern hätte es mal mit 
"transport" versucht. Aber wieder was gelernt, vielen Dank!

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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-gb- schrieb:
> Ich kannte es bis zu diesem Thread nicht sondern hätte es mal mit
> "transport" versucht. Aber wieder was gelernt, vielen Dank!

Hmm, "transport" hat aber eine andere Bedeutung und ist nur zusammen mit 
"after" gültig, ähnlich wie "inertial". Nun wieder die Frage: Gibt es 
auch hierzu eine äquivalente Attribut-Darstellung?

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Gustl B. schrieb:
> Ne, da hatte ich verstanden, dass er keinen Blick in die Zukunft,
> sondern in die Vergangenheit will.

Genau.

> Andreas S. schrieb:
>> if ((x after t) = '0') then
>
> Das verlangt einen Blick in die Zukunft und geht daher nicht. Es fragt
> nämlich: Wird x in der Zeit t den Wert 0 haben?

Meine ursprüngliche Annahme bestand darin, dass der Compiler/Simulator 
selbst einen Merker einfügen könnte, denn schließlich ist "(x after t)" 
ein gültiger R-Wert. Offenbar scheint das aber bei VHDL nicht der Fall 
zu sein. Die Existenz des "delayed"-Attributs belegt aber, dass 
entsprechende Anforderungen auch bei den Entwicklern des 
VHDL-Sprachstandards bekannt waren. Vermutlich konnten sie dieses 
Attribut recht einfach einführen.

> Wenn er aber schreibt:
> x_verzögert <= x after t;
> und dann abfragt
> if x_verzögert = '0' then ...
>
> dann enthält x_verzögert einen Blick in die Vergangeheit. x_verzögert
> enthält den Wert, den x vor der Zeit t hatte. Die Abfrage lautet also:
> Hatte x vor der Zeit t den Wert 0?
> Und das kann man natürlich bauen, weil in dem Fall tatsächlich ein alter
> Wert von x aufgehoben/gespeichert wird.

Und genau so war es auch gemeint.

Ich räume ein, dass es ein Fehler war, nicht den funktionsfähigen Code 
zu veröffentlichen, sondern nur in Form des Satzes "Nur dann, wenn ich 
ein Signal verwende, funktioniert das ganze." am Rande zu erwähnen.

von Weltbester FPGA-Pongo (Gast)


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Andreas S. schrieb:
> Diese und auch noch ein paar andere Timings lassen sich natürlich nur
> mit Hilfe der beschriebenen "after"-Anweisungen darstellen.

Mach das mal ordentlich mit waits.

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Weltbester FPGA-Pongo schrieb im Beitrag #6279266:
> Mach das mal ordentlich mit waits.

Hmm, die Semantik ist in vielen Fällen eine deutlich andere, 
insbesondere bei der Verwendung von "transport" oder 
"inertial"-Attributen. Dann muss man deren Verhalten unnötigerweise in 
der Testbench nachbilden, was natürlich neue Fehlerquellen beinhaltet. 
"after" ist bei korrekter Verwendung kurz und prägnant.

Außerdem ist "wait" nicht zulässig bei Prozessen mit Sensitivitätsliste.

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