Вопрос интервью VHDL должен привести к некоторому коду VHDL.
Мне довелось найти бэкэнд-ошибку ghdl llvm с реализацией таблицы перехода состояний Дэйва Твида, где автор ghdl перевел реализацию в функцию до 17 строк:
type remains is (r0, r1, r2, r3, r4); -- remainder values
function mod5 (dividend: bit_vector) return boolean is
type remain_array is array (NBITS downto 0) of remains;
type branch is array (remains, bit) of remains;
constant br_table: branch := ( r0 => ('0' => r0, '1' => r1),
r1 => ('0' => r2, '1' => r3),
r2 => ('0' => r4, '1' => r0),
r3 => ('0' => r1, '1' => r2),
r4 => ('0' => r3, '1' => r4)
);
variable remaind: remains := r0;
variable tbit: bit_vector (NBITS - 1 downto 0) := dividend;
begin
for i in dividend'length - 1 downto 0 loop
remaind := br_table(remaind,tbit(i));
end loop;
return remaind = r0;
end function;
Соответствующий тестовый пример довольно мал, что упрощает отладку и использует имена состояний, совместимые с VHDL, в перечисляемом типе:
(создано с помощью Dia)
Идея здесь в том, что функция (или даже примерная программа VHDL из 27 строк) достаточно коротка, чтобы написать ответ VHDL во время интервью. Не нужно беспокоиться о том, чтобы испортить вопрос интервью, требующий демонстрации как знаний, так и навыков, и собеседник должен защищать реализацию при допросе.
(Ошибка бэкенда llvm была исправлена в коммите 1f5df6e ранее сегодня.)
Следует отметить, что таблица перехода состояний также сообщает нам, где частным битом будет «1», показанный переходом в состояние с более низким значением остатка (или обоими переходами для r4) при вычитании 5 из дивиденда. Это может быть закодировано в отдельной таблице (или таблице типа записи, которая кажется громоздкой). Мы делаем это исторически в графическом оборудовании, работающем с горизонтальными разрешениями экрана, кратными 5 пикселям.
Это дает нам div / mod5, производящий частное и остаток:
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
entity divmod5 is
generic (
NBITS: natural := 13
);
port (
clk: in std_logic;
dividend: in std_logic_vector (NBITS - 1 downto 0);
load: in std_logic;
quotient: out std_logic_vector (NBITS - 3 downto 0);
remainder: out std_logic_vector (2 downto 0);
remzero: out std_logic
);
end entity;
architecture foo of divmod5 is
type remains is (r0, r1, r2, r3, r4); -- remainder values
type remain_array is array (NBITS downto 0) of remains;
signal remaindr: remain_array := (others => r0);
signal dividendreg: std_logic_vector (NBITS - 1 downto 0);
signal quot: std_logic_vector (NBITS - 3 downto 0);
begin
parallel:
for i in NBITS - 1 downto 0 generate
type branch is array (remains, bit) of remains;
-- Dave Tweeds state transition table:
constant br_table: branch := ( r0 => ('0' => r0, '1' => r1),
r1 => ('0' => r2, '1' => r3),
r2 => ('0' => r4, '1' => r0),
r3 => ('0' => r1, '1' => r2),
r4 => ('0' => r3, '1' => r4)
);
type qt is array (remains, bit) of std_ulogic;
-- Generate quotient bits from Dave Tweeds state machine using q_table.
-- A '1' when a remainder goes to a lower remainder or for both branches
-- of r4. A '0' for all other branches.
constant q_table: qt := ( r0 => (others => '0'),
r1 => (others => '0'),
r2 => ('0' => '0', '1' => '1'),
r3 => (others => '1'),
r4 => (others => '1')
);
signal tbit: bit;
begin
tbit <= to_bit(dividendreg(i));
remaindr(i) <= br_table(remaindr(i + 1),tbit);
do_quotient:
if i < quot'length generate
quot(i) <= q_table(remaindr(i + 1),tbit);
end generate;
end generate;
dividend_reg:
process (clk)
begin
if rising_edge(clk) then
if load = '1' then
dividendreg <= dividend;
end if;
end if;
end process;
quotient_reg:
process (clk)
begin
if rising_edge (clk) then
quotient <= quot;
end if;
end process;
remainders:
process (clk)
begin
if rising_edge(clk) then
remzero <= '0';
case remaindr(0) is
when r0 =>
remainder <= "000";
remzero <= '1';
when r1 =>
remainder <= "001";
when r2 =>
remainder <= "010";
when r3 =>
remainder <= "011";
when r4 =>
remainder <= "100";
end case;
end if;
end process;
end architecture;
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.numeric_std.all;
entity divmod5_tb is
end entity;
architecture foo of divmod5_tb is
constant NBITS: integer range 0 to 13 := 8;
signal clk: std_logic := '0';
signal dividend: std_logic_vector (NBITS - 1 downto 0);
signal load: std_logic := '0';
signal quotient: std_logic_vector (NBITS - 3 downto 0);
signal remainder: std_logic_vector (2 downto 0);
signal remzero: std_logic;
signal psample: std_ulogic;
signal sample: std_ulogic;
signal done: boolean;
begin
DUT:
entity work.divmod5
generic map (NBITS)
port map (
clk => clk,
dividend => dividend,
load => load,
quotient => quotient,
remainder => remainder,
remzero => remzero
);
CLOCK:
process
begin
wait for 5 ns;
clk <= not clk;
if done'delayed(30 ns) then
wait;
end if;
end process;
STIMULI:
process
begin
for i in 0 to 2 ** NBITS - 1 loop
wait for 10 ns;
dividend <= std_logic_vector(to_unsigned(i,NBITS));
wait for 10 ns;
load <= '1';
wait for 10 ns;
load <= '0';
end loop;
wait for 15 ns;
done <= true;
wait;
end process;
SAMPLER:
process (clk)
begin
if rising_edge(clk) then
psample <= load;
sample <= psample after 4 ns;
end if;
end process;
MONITOR:
process (sample)
variable i: integer;
variable div5: integer;
variable rem5: integer;
begin
if rising_edge (sample) then
i := to_integer(unsigned(dividend));
div5 := i / 5;
assert div5 = unsigned(quotient)
report LF & HT &
"i = " & integer'image(i) &
" div 5 expected " & integer'image(div5) &
" got " & integer'image(to_integer(unsigned(quotient)))
SEVERITY ERROR;
rem5 := i mod 5;
assert rem5 = unsigned(remainder)
report LF & HT &
"i = " & integer'image(i) &
" rem 5 expected " & integer'image(rem5) &
" got " & integer'image(to_integer(unsigned(remainder)))
SEVERITY ERROR;
end if;
end process;
end architecture;
Реализовано здесь с помощью оператора создания, внутреннего оператора создания, производящего частичные биты. Массив remaindr обеспечивает трассировку перехода состояния:
Все без арифметической операции.
Это также возможно реализовать в процедуре без использования всех регистров, использующих параметры с выключенным режимом. Это приблизилось бы к минимальному количеству строк для интервью.
Последовательная реализация с синхронизацией потребует счетчика битов и управления потоком (триггер JK и пара гейтов).
Существует компромисс между временем и сложностью в зависимости от размера дивидендов, который вы, вероятно, также должны будете защищать во время интервью.
