Verilog ile Asenkron Tasarım Prosesleri kitabı, dijital tasarım alanında Verilog programlama dilini kullanarak asenkron devre tasarımı yapmak isteyenler için temel bir kaynak niteliği taşır Kitap, Verilog dili üzerinden asenkron devrelerin tasarlanması ve simülasyonu hakkında detaylı bilgiler içermekte ve pratik uygulamalarla konuların daha iyi anlaşılmasını sağlamaktadır Asenkron devre tasarımına ilgi duyanlar için kaçırılmayacak bir kaynak!
Asenkron tasarım, elektronik devrelerin diğer devrelerle senkronize olmadan hareket etmesine olanak tanıyan bir tasarım biçimidir. Bu tasarım biçimini kullanarak, devreler arasında daha hızlı ve doğru veri iletimi sağlanması mümkündür. Verilog ise, bir tasarım dilidir ve dijital tasarımın birçok yönünü kapsar. Verilog kullanılarak, birçok elektronik devre tasarlanabilir.
Asenkron tasarımın Verilog kullanılarak nasıl yapılabileceğini anlamak için, öncelikle Verilog dilinin özellikleri ve kullanım alanları hakkında bilgi sahibi olmak gerekir. Verilog dilinde modüller kullanılır ve bu modüller içerisinde input ve output portları bulunur. Ayrıca, Verilog dilinde wire ve trireg türleri kullanılır.
- Modüller: Verilog dilinde kullanılan modüller, tasarlanacak olan devrenin bölümleri olarak düşünülebilir. Bu modüller içerisinde, devreden gelen sinyallerin nasıl işleneceği ve devreye nasıl verileceği belirtilir.
- Input-Output: Modüller içerisinde kullanılan input ve output portları ise, devreye giren ve devreden çıkan sinyalleri gösterir. Bu portlar aracılığıyla, devreler arasında veri alışverişi sağlanır.
- Wire-Trireg: Verilog dilinde kullanılan wire ve trireg türleri ise, devrenin sinyal sistemlerini belirtmek için kullanılır. Wire türleri, genellikle tek yönlü sinyal taşıma işlemi için kullanılırken, trireg türleri iki yönlü sinyal taşıma işlemi için kullanılır.
Asenkron tasarım örnekleri arasında, sayaç tasarımı ve frekans bölücü tasarımı gibi devreler bulunur. Bu devrelerin Verilog dilinde nasıl tasarlanabileceğine ilişkin örnekler, Modelsim adlı bir simülasyon aracılığıyla test edilebilir. Simülasyonlar, tasarlanacak olan devrelerin işlevsel olarak nasıl çalışacağını test etmek için önemlidir. Modelsim kullanarak asenkron tasarım örneklerinin simülasyonunun nasıl yapılabileceği hakkında bilgi sahibi olmak, bu alanda çalışmak isteyenler için önemlidir.
Sonuç olarak, Verilog ile asenkron tasarımın kullanımının artması ile birlikte bu konunun öğrenilmesi önem kazanmaktadır. Verilog dilinin özellikleri ve kullanımı hakkında gerekli bilgilerin öğrenilmesi ve simülasyon araçlarına hakim olunması, asenkron tasarımın doğru bir şekilde yapılmasını sağlayacaktır. Bununla birlikte, internet üzerinde birçok kaynak ve dersler mevcuttur ve bu kaynaklar kullanılarak, Verilog dilinin ve asenkron tasarımın öğrenilmesi mümkündür.
Asenkron Nedir?
Asenkron ve senkron tasarımı, elektronik cihazların çalışma şekillerini ifade eder. Asenkron tasarımda, veri transferi, saat sinyali olmadan gerçekleşirken senkron tasarımda, her iki cihazın tamamen senkronize olması gerekiyor.
Asenkron tasarımın en büyük avantajlarından biri, eşzamansız bir şekilde veri transferi yapabilecek olmasıdır. Bu, birden fazla cihazın farklı hızlarda çalıştığı durumlarda çok faydalıdır. Ayrıca, asenkron tasarımda, saat sinyali kullanılmadığından, sistem daha az enerji tüketiyor. Ancak, senkron tasarımı daha hızlı ve daha doğru bir işlem yapabiliyor.
Asenkron tasarımın bir diğer avantajı, daha ucuz olmasıdır. Bu, birçok işlemcinin ve diğer cihazların asenkron tasarıma sahip olduğu anlamına gelir.
Asenkron ve senkron tasarımları arasındaki farkı anlamak, birçok cihazın iç yapısını anlamak için önemlidir. Asenkron tasarımın avantajları, birçok uygulama için daha uygun olmasını sağlar.
Verilog Nedir?
Verilog, dijital devre tasarımında kullanılan bir tanımlama dilidir. İlk olarak 1984 yılında Phil Moorby ve Prabhu Goel tarafından tasarlanmıştır. Verilog, karmaşık dijital sistemlerin tasarımını kolaylaştırmak için geliştirilmiştir ve bugün hala popüler bir tasarım dili olarak kullanılmaktadır.
Verilog, modüler tasarıma izin verir. Modüller, dijital işlemlerin belirli bir bileşenini temsil eder. Bu sayede, daha karmaşık sistemlerin tasarımı kolaylaşır. Verilog, tasarımcılara tahrik edilen işlemleri, işlevleri, kontrol yapılarını, zamanlama ve senkronizasyon hükümlerini belirlemelerine olanak tanır. Bununla birlikte, Verilog sadece bir tanımlama dilidir, dolayısıyla tasarımın oluşturulması için bir araca, bir Verilog simülatörüne ihtiyaç vardır.
Verilog dilinin birçok kullanım alanı vardır. Bunlar arasında dijital sinyal işlemesi, FPGA programlama, SoC tasarımı, otomatik test ekipmanları ve birçok diğer dijital tasarım uygulaması yer alır. Verilog, birçok endüstri standardı tarafından kabul edilmiştir ve halihazırda birçok dil ve donanım aracı dili ile rekabet halindedir.
Modüller
Verilog dilinde modüller, tasarımın modüler bir şekilde yapılmasına olanak tanıyan en önemli özelliklerden biridir. Modüller, Verilog'da tasarım öğelerinin temel birimidir. Modüller, belirli bir işlevi yerine getiren bileşenlerdir.
Bir modül, girişler (inputs) ve çıkışları (outputs) olan öğelerin birleştirilmesi ile oluşturulur. Verilog dilinde tasarım süreçlerinde belli bir modülerlik prensibi takip edilir. Bu da tasarımın daha organize ve sürdürülebilir bir hale gelmesine yardımcı olur.
Modüller, kullanıcı tanımlı yapılar (user-defined structures) olarak kullanılabilir. Bu yapılarda alt modüllerin ne şekilde birleştirileceği ya da ne tür işlevler yerine getireceği belirlenebilir. Modüller, yeniden kullanılabilir tasarım öğeleri sunar, çünkü tek bir işlev için kullanılmaktan ziyade, farklı tasarımlarda birleştirilebilirler.
Modüllerde kullanılan input ve output portları referans alınarak modülde kullanılan diğer bileşenler belirlenir. Input portları, modüle gelen sinyalleri temsil ederken, output portları modülden çıkan sinyalleri ifade eder. Modüller, tasarımın herhangi bir aşamasında yeniden düzenlenebilir, eklenen veya çıkarılan öğelerle tekrar kullanılabilir.
Ayrıca Verilog dilinde kullanılan wire ve trireg türleri de modüllerin tasarımında önemli bir role sahiptir. Wire, bir modül içindeki işlevlerin arasındaki sinyal arabirimlerini temsil ederken, trireg türleri kuyruk işlemlerinde kullanılır. Bu türler, tasarımın doğru bir şekilde çalışmasında çok önemli bir rol oynar.
Input-Output
Verilog dilinde tasarım yaparken modüller içinde kullanılan input ve output portları oldukça önemlidir. Input portları, modüle veri girişi sağlar, output portları ise modülden veri çıkışını temsil eder. Bu sayede tasarlanan devrelerin içindeki veri akışının kontrolü sağlanır.
Input portları tek bit veya bit vektörü şeklinde tanımlanabilir. Tek bitlik input portu tanımlamak için genellikle 'input' anahtar kelimesi kullanılırken, bit vektörü şeklindeki input portları 'input [msb:lsb]' formatında tanımlanır. Örneğin, 16 bitlik bir input portu tanımlamak için 'input [15:0] inData' şeklinde bir tanımlama yapılır.
Output portları da benzer şekilde tek bit veya bit vektörü şeklinde tanımlanabilir. Tek bitlik output portu tanımlamak için genellikle 'output' anahtar kelimesi kullanılırken, bit vektörü şeklindeki output portları 'output [msb:lsb]' formatında tanımlanır. Örneğin, 8 bitlik bir output portu tanımlamak için 'output [7:0] outData' şeklinde bir tanımlama yapılır.
Ayrıca, Verilog dilinde 'inout' anahtar kelimesi de kullanılmaktadır. Bu anahtar kelimesi, bir modüle hem veri girişi hem de veri çıkışı yapılmasını sağlar. 'inout' portları genellikle veri yolu arabirimleri için kullanılmaktadır.
| Anahtar Kelime | Tanımı |
|---|---|
| input | Tek bit veya bit vektörü şeklinde girdi sağlar |
| output | Tek bit veya bit vektörü şeklinde çıktı sağlar |
| inout | Tek bit veya bit vektörü şeklinde hem girdi hem çıktı sağlar |
Yukarıdaki tablo, Verilog dilinde kullanılan anahtar kelimelerin açıklamalarını ve kullanım amaçlarını göstermektedir.
Wire-Trireg
Verilog dilinde, tasarım sürecinde kullanılan veri tiplerinden bazıları wire ve trireg'dir. Wire, sadece bir bağlantı içindir ve tasarımda birbirine bağlanan modüller arasındaki bağlantı yolu olarak kullanılır. Fakat, trireg ise birden fazla bağlantıya ihtiyaç duyar ve tasarımda birden fazla bağlantı noktası için kullanılır. Trireg, tasarımdan kaynaklanan bir gerilim düşümü nedeniyle biraz daha karmaşıktır.
Verilog dilinde kullanılan diğer bir tür ise reg'dir. Bu tür, sadece bir değer içerir ve değer değiştirilebilir. Bu nedenle, reg türü, veri depolama yeri olarak kullanılır. Wire ve trireg türleri ise sadece bağlantı noktası olarak tanımlanırlar.
Verilog tasarımında, wire ve trireg türleri, modüller arasındaki bağlantı yolları olarak kullanılır. Özellikle, birden fazla modülün kullanıldığı karmaşık tasarımlarda bu iki tür oldukça önemlidir. Wire, bağlantı noktaları arasında sinyal taşırken, trireg, birden fazla bağlantı noktası için sinyal taşır.
Özetlemek gerekirse, veri tipleri wire ve trireg, Verilog tasarımlarında kullanılan çok önemli veri tiplerindendir. Bu veri tipleri, tasarımın karmaşıklığına bağlı olarak işlevlerini yerine getirirler ve modüller arasındaki bağlantılar için kullanılırlar. Wire, tek bağlantı için kullanılırken, trireg ise birden fazla bağlantı noktası için tasarımlarda kullanılır.
Asenkron Tasarım Örnekleri
Asenkron tasarımlar, paralel çalışan akışlarda kullanılmaktadır. Örneğin, bir hard disk gibi birçok bileşenin birleştiği veri yolu tasarımı asenkron olarak yapılır. Bunun nedeni, veri gönderen ve veri alan farklı hızlarda çalışabilirler ve iletişimin çalışabilmesi için asenkron tasarıma ihtiyaç duyulur.
Bir diğer örnek ise SAYAÇ tasarımıdır. Bu tasarım, belirlenen limit sayısına kadar sayan bir elektronik devredir. SAYAÇ tasarımı Verilog ile de yapılabilmektedir. Verilog'in modüler yapısı sayesinde, SAYAÇ tasarımı için modül oluşturulabilir ve bunun kullanıcı kodu ile entegrasyonu sağlanabilir.
Frekans bölücü tasarımı da asenkron tasarımın bir örneğidir. Bu tasarım, yüksek frekanslı bir girişi, belirli bir oranda düşük frekanslı bir çıkışa dönüştürür. Amacı, diğer tasarımlarda kullanılabilecek düşük frekanslı bir sinyal elde etmektir. Bu tasarımın asenkron yapıda olması, giriş ve çıkışların farklı hızlarda çalışabilmesine olanak sağlar.
Asenkron tasarım örneklerinde, Verilog dilinin modüler yapıları, input ve output portlarının kullanılması ile wire ve trireg gibi türlerin kullanımı oldukça önemlidir. Bu yapılar sayesinde tasarım esnekliği sağlanır ve daha karmaşık tasarımlarda modüllerin birleştirilmesi kolaylaşır.
Sayaç Tasarımı
Sayaç tasarımı, Verilog dilinin kullanıldığı asenkron tasarımlar arasında en popüler olanıdır. Bu tasarım, bir sayacın belirli bir sayıda ilerlemesini sağlar. Sayaç tasarımı, hem doğrusal hem de döngüsel olarak kullanılabilen farklı yapıları içerebilir.
Verilog dilinde, sayaç tasarımı çeşitli mantık kapıları ve flip-flop'lardan oluşur. Count ve EndCount adlı iki giriş ile bir sayaç modülü oluşturulur. Count girişi, sayaç başladığında bir artırıcıdır ve EndCount girişi, sayacın maksimum sayıya ulaşıp ulaşmadığını kontrol eder. Sayaç maksimum sayıya ulaştığında, sayaç sıfırlanır ve yeniden başlar.
Sayaç tasarımı, doğrusal sayaç ve döngüsel sayaç olarak tasarlanabilir. Doğrusal sayaç, maksimum sayıya ulaştığında durur ve döngüsel sayaç, maksimum sayıya ulaştığında sıfırlanıp yeniden başlar. Ayrıca, Verilog dilindeki "for" döngüsü kullanılarak döngüsel sayaç programlanabilir.
Aşağıda, Verilog dilinde bir doğrusal sayaç programının basit bir örneği yer almaktadır:
module counter( input Count, input [3:0]EndCount, output reg done);reg [3:0] count;
always @ (posedge Count)begin if(count == EndCount) begin count <= 0; done <= 1; end else begin count <= count + 1; done <= 0; endend
endmodule
Yukarıdaki örnekte, "count" adlı bir sayaç tutmak için bir bellek ayrılır ve Count girişine bağlantı yapılır. EndCount girişi, maksimum sayıyı ayarlar ve done çıkışı, sayaç maksimum sayıya ulaştığında 1'e yükselir.
Sayaç tasarımı, Verilog dilindeki diğer tasarımlar gibi, farklı projeler için özelleştirilebilir. Örneğin, dört basamaklı bir sayaç tasarımı, ihtiyaç duyulan sayıya göre kolayca ölçeklendirilebilir.
Frekans Bölücü Tasarımı
Frekans bölücü tasarımı, bir osilatörden gelen yüksek frekans sinyali, istenilen frekansta daha düşük bir sinyale dönüştürür. Bu tasarımın amacı, frekans bölücü devresinin çıkış sinyalindeki dalgaların frekansını yarısına indirmektir.
Frekans bölücü tasarımı için Verilog dilinde bir modül yazılması gerekir. Modül, genellikle tasarımın en küçük parçasıdır ve gerekli işlevleri yerine getirir. Frekans bölücü tasarımında, modül, bir sayıcı ve bir karşılaştırıcıdan oluşur.
Tabloya bakıldığında, sayacın eşitleme girişi, yüksek değerlerin sayılıp tutulduğu çıkış portunun tamamlanmasıyla eşitlenir. Böylece sayıcı, yüksek sayıya ulaşana kadar saymaya devam eder. Ardından sayıcı sıfırlanır ve çıkış portuna bir sinyal gönderilir.
| Sayaç Basamağı | Karşılaştırma Değeri | Çıkış Portu |
|---|---|---|
| 0 | Diger Sayacın 1/2'si | 0 |
| 1 | Diger Sayacın 1/2'si | 0 |
| 2 | Diger Sayacın 1/2'si | 1 |
| 3 | Diger Sayacın 1/2'si | 1 |
| 4 | Diger Sayacın 1/2'si | 0 |
| 5 | Diger Sayacın 1/2'si | 0 |
| 6 | Diger Sayacın 1/2'si | 1 |
| 7 | Diger Sayacın 1/2'si | 1 |
| 8 | Diger Sayacın 1/2'si | 0 |
| 9 | Diger Sayacın 1/2'si | 0 |
Yukarıdaki tablo, frekans bölücü tasarımının Verilog kodunu açıklayan sayacın örnek bir tablosunu göstermektedir. Daha yüksek frekanslardaki sinyallerin bölünmesinde, sayıcı ve karşılaştırıcı sayısı artırılabilir.
Frekans bölücü tasarımı, genellikle bir osilatörle birlikte kullanılır. Osilatör çıkış sinyali, frekans bölücü tasarımına beslenerek istenilen frekansta daha düşük bir sinyal üretir. Bu tasarımın en büyük avantajı, daha düşük bir frekans elde etmek için kullanılan diğer yöntemlere göre daha az donanım gerektirmesidir.
Modelsim Örnekleri
Asenkron tasarımların simülasyonlarının yapılması için en yaygın kullanılan yazılım Modelsim'dir. Modelsim, Verilog dilinde kodlanmış tasarımların simüle edilmesine ve tasarımların doğruluğunun kontrol edilmesine izin verir.
Modelsim kullanarak, asenkron tasarımları için farklı senaryolar simüle edilebilir. Örneğin, tasarımın çalışması için gerekli olan sinyallerin doğru bir şekilde çalıştığından emin olmak için tasarımın simulasyonu yapılabilir. Bu simülasyonlar, tasarım hatalarının erken tespit edilmesine ve düzeltilmesine yardımcı olur.
Ayrıca, Modelsim kullanarak tasarımların performansı daha da iyileştirilebilir. Simülasyonlar sırasında tasarımın çalışma hızı ve gecikmeleri ölçülebilir. Bu sayede, tasarımda iyileştirmeler yapılabilir ve daha iyi performans elde edilebilir.
Modelsim kullanarak özellikle sayaç tasarımı ve frekans bölücü tasarımı gibi asenkron tasarımların simülasyonları yapılabilir. Bu sayede, tasarımların doğruluğu ve performansı daha iyi bir şekilde kontrol edilebilir.
Simülasyon Nedir?
Simülasyon, gerçek yaşam koşullarını taklit etmek amacıyla tasarlanmış bir programlama yöntemidir. Asenkron tasarım öğelerinin bir arada çalışması zor bir işlemdir. Bu düzeni test etmek ve düzgün çalıştığından emin olmak için simülasyon kullanılır. Simülasyon, verilen girdilerin belirli bir zaman aralığında nasıl davranacağına dair çıktılar sunar. Bu nedenle simülasyon, tasarım sürecinin başlangıcından itibaren hayati bir rol oynar.
Simülasyonun bir diğer avantajı, asenkron tasarımların doğru bir şekilde çalışmadığının belirlenmesinde yardımcı olmasıdır. Asenkron tasarımda, tasarım hataları, zamanlama sorunları ve gecikmeler gibi sorunlar ortaya çıkabilir. Simülasyon sırasında, bu hataların ve sorunların tespit edilmesi daha kolaydır. Bu sorunların çözülmesi, tasarımın daha doğru ve güvenilir hale gelmesini sağlar.
Simülasyon, tasarımcıların tasarımı test etmelerine, sorunları tespit edip düzeltmelerine ve ardından daha doğru bir tasarım elde etmelerine olanak tanır. Asenkron tasarımın doğru çalışması, tasarımın güvenilir, hızlı ve performanslı olduğundan emin olmak için çok önemlidir. Bu nedenle simülasyon, asenkron tasarımda vazgeçilmez bir adımdır.
- Simülasyon, gerçek yaşam koşullarını taklit etmek amacıyla tasarlanmış bir programlama yöntemidir.
- Asenkron tasarım öğelerinin bir arada çalışması zor bir işlemdir ve simülasyon, tasarımın doğru çalıştığından emin olmak için vazgeçilmez bir adımdır.
- Tasarımcıların tasarımı test etmelerine, sorunları tespit edip düzeltmelerine ve ardından daha doğru bir tasarım elde etmelerine olanak tanır.
Modelsim Kullanımı
Modelsim, tasarlanan elektronik devrelerin simülasyonunu yapmak için kullanılan bir yazılımdır. Verilog diliyle tasarlanan elektronik devreler ve bunların çalışma prensipleri, Modelsim ile simüle edilerek gerçekleştirilir. Modelsim, Verilog kodlarının derlenmesi, simülasyonun çalıştırılması, sonuçların analiz edilmesi ve sonuç raporlarının alınması gibi işlemleri yapmaktadır.
Modelsim'in kullanımı oldukça basittir. Öncelikle, Verilog kodlarının yazıldığı ve tasarlandığı proje oluşturulur. Daha sonra, tasarlanan projenin Modelsim üzerine aktarılması sağlanır. Aktarılan proje üzerinde gerekli ayarlamalar yapılarak simülasyon çalıştırılır. Modelsim, simülasyon sırasında tüm mevcut değişkenleri takip eder ve sonuçları raporlar.
Modelsim kullanarak, tasarlanan asenkron devrelerin sinüs, üçgen gibi sinyallerle beslenerek gerçekleştirilen simülasyonlar sayesinde, devrenin nasıl hareket ettiği gözlemlenebilir. Bu sayede, tasarlanan devrenin çalışma prensipleri ve olası hataları daha rahat bir şekilde tespit edilebilir.
Ayrıca, Modelsim ile tasarlanan devrenin sinyal dalgalanmaları analiz edilebilir. Sinyal dalgalanmaları, tasarlanan devrenin zaman içinde nasıl değiştiğini ve hangi noktalarda hataların meydana geldiğini gösterir. Bu sayede, tasarlanan devredeki potansiyel sorunlar çözülebilir ve devrenin daha iyi bir şekilde optimize edilmesi sağlanabilir.
Sonuç olarak, Verilog dilinde tasarlanan asenkron devreler, Modelsim kullanılarak simüle edilebilir ve devrenin çalışma prensipleri hakkında detaylı bir analiz yapılabilir. Modelsim'in kullanımı oldukça kolaydır ve Verilog kodlarının derlenmesi, simülasyonun çalıştırılması, sonuçların analiz edilmesi ve raporların alınması gibi tüm işlemler tek bir yazılımda gerçekleştirilebilir.
Sonuç
Asenkron tasarımın Verilog kullanılarak nasıl yapıldığını öğrendik. Verilog dilini kullanarak asenkron tasarımlar yapmak çok önemlidir çünkü bu tasarımların avantajları vardır. Asenkron tasarımların avantajlarına ek olarak, Verilog dilinin özellikleri de kullanımını arttırmaktadır.
Bir Verilog dilinde tasarlanmış modül, input portları, output portları, wire ve trireg türleriyle oluşur. Asenkron tasarım örnekleri ile, sayaç tasarımı ve frekans bölücü tasarımı da Verilog dilinde yapılabilir. Sonunda, Modelsim kullanarak simülasyon yapılır ve bu simülasyonun önemi anlatılır.
Verilog ile asenkron tasarımın önemi ve kullanımının artmasıyla birlikte, bu konunun öğrenilmesi de önemlidir ve öğrenme kaynakları önerilir. Verilog dilinde tasarım yapmak isteyen herkes, Verilog öğrenmek için çeşitli kaynaklara başvurabilir. Bu kaynaklar, farklı seviyelerde olanlar ve herkesin ihtiyacına uygun olanlar vardır.
- Verilog Dilinde Tasarım: Uygulama ve Modelleme Kitapları
- Verilog ile Tasarım ve Sentez
- Verilog Dili Tasarım Kılavuzu
- Verilog Diliyle Mantıksal Tasarım
Verilog dilinde asenkron tasarım yapmak isteyenler, bu kaynaklardan faydalanarak bilgilerini arttırabilirler. Bu da, asenkron tasarım yapmak için önemlidir ve bu alanda başarılı olmalarını sağlayacaktır.