Compléter l’architecture

Ouvrez le fichier CoCiNum/src/vhdl/Exercices/PingPong/PingPong.vhd :

cd $HOME/CoCiNum/src/vhdl/Exercices/PingPong
gedit PingPong.vhd &

L’entité PingPong possède les ports suivants :

Version simple

La direction de la balle sera gérée par un automate avec les états suivants :

• IDLE : état d’attente.
• LEFT_TO_RIGHT : la balle se déplace vers la droite.
• RIGHT_TO_LEFT : la balle se déplace vers la gauche.

L’emplacement de la balle (le numéro de la LED à allumer) sera représenté par un signal led_index_reg. Proposez un graphe d’état modélisant le comportement illustré par la vidéo ci-dessous, puis traduisez-le en VHDL.

Sachant que la fréquence du signal d’horloge clk_i est indiquée par le paramètre générique CLK_FREQUENCY_HZ de l’entité PingPong, réalisez un diviseur de fréquence pour gérer la vitesse à laquelle on passe d’une LED à la suivante. Le compteur devra être remis à zéro dans l’état IDLE pour que le comptage commence bien à zéro au premier appui sur le bouton de gauche.

Le signal led_index_reg sera géré de la manière suivante :

• Dans l’état IDLE, affecter la valeur 15 à led_index_reg (LED de gauche).
• Dans l’état LEFT_TO_RIGHT, décrémenter led_index_reg à chaque cycle du diviseur de fréquence.
• Dans l’état RIGHT_TO_LEFT, incrémenter led_index_reg à chaque cycle du diviseur de fréquence.

La gestion de la sortie leds_o est identique à celle de l’exercice séquenceur lumineux.

Version complète

À présent, on souhaite détecter la fin d’une manche. Nous allons ajouter deux états à l’automate :

• LEFT_WINS : le joueur de gauche a gagné la manche.
• RIGHT_WINS : le joueur de droite a gagné la manche.

Dans l’état LEFT_TO_RIGHT, trois situations peuvent se présenter :

1. La balle a atteint le bord droit et le joueur de droite presse son bouton : la balle repart dans l’autre sens.
2. La balle a atteint le bord droit et le diviseur de fréquence a terminé son cycle sans que le joueur de droite presse son bouton : le joueur de gauche gagne.
3. La balle n’a pas atteint le bord droit mais le joueur de droite presse son bouton : le joueur de gauche gagne.

Des conditions similaires s’appliquent pour le joueur de gauche dans l’état RIGHT_TO_LEFT.

Dans les états LEFT_WINS et RIGHT_WINS, attendre l’appui sur le bouton central pour revenir à l’état IDLE.

Proposez un nouveau graphe d’état et mettez à jour la description VHDL.

Modifiez également le diviseur de fréquence pour que son compteur soit remis à zéro à chaque fois qu’un joueur parvient à frapper la balle.

Pour terminer, modifiez la gestion des sorties leds_o pour allumer les LED 15 à 12 si le joueur de gauche gagne, et les LED 3 à 0 si le joueur de droite gagne. Utiliser de préférence un processus.

Vérifier la syntaxe

Dans un terminal, exécutez les commandes suivantes. La commande cd peut être omise si vous êtes déjà dans le dossier PingPong.

cd $HOME/CoCiNum/src/vhdl/Exercices/PingPong
ghdl -a PingPong.vhd

Modifiez votre fichier source jusqu’à ce qu’il n’y ait plus de message d’erreur.

Simuler le fonctionnement du circuit

Démarrez la simulation en utilisant les commandes suivantes :

cd $HOME/CoCiNum/src/vhdl/Exercices/PingPong/tests
make

Le script de test affiche une fenêtre avec une rangée de LED et trois boutons. Dans des conditions normales, une LED allumée a la couleur verte. Si une LED s’allume en rouge, cela signifie généralement que le signal leds_o(i) vaut 'U' (signal non initialisé), ou 'X' (valeur indéterminée). Voir à ce sujet la section sur le type std_logic.

Agissez sur les boutons et observez l’état des LED.

Vérifiez que vous obtenez le comportement attendu.

Pour afficher les chronogrammes, utilisez la commande suivante :

gtkwave PingPong.ghw

Par défaut, la fenêtre GTKWave n’affiche aucun chronogramme. Déroulez l’arborescence à partir de l’élément top dans le panneau SST en haut à gauche et sélectionnez les signaux à afficher dans la liste Signals en bas à gauche.

Utilisez les boutons de la barre d’outils pour dézoomer: le bouton Zoom fit ajuste l’échelle de temps pour que la durée totale de simulation corresponde à la largeur de la fenêtre.

Créer un projet Vivado

Voici la liste des fichiers nécessaires à la construction du projet. Tous ces fichiers sont situés dans des sous-dossiers de CoCiNum/src/vhdl.

Si vous ne l’avez pas encore fait, démarrez Vivado à l’aide des commandes suivantes :

cd $HOME/CoCiNum
./scripts/vivado

Créez un nouveau projet en renseignant les informations suivantes :

Pour donner une valeur au paramètre générique CLK_FREQUENCY_HZ de l’entité PingPong, exécutez cette commande dans le panneau Tcl Console de Vivado :

set_property generic CLK_FREQUENCY_HZ=100000000 [current_fileset]

Synthétiser le circuit

Configurer les optimisations

1. Ouvrez la fenêtre des paramètres de Vivado : Flow Navigator → Project Manager → Settings.

2. Dans la catégorie Synthesis, sous le titre Options, le champ Strategy propose une liste des stratégies d’optimisation disponibles à l’étape de synthèse logique du circuit. Choisissez la stratégie Flow RuntimeOptimized.

3. Dans la catégorie Implementation, sous le titre Options, modifiez le champ Strategy en choisissant également la stratégie Flow RuntimeOptimized.

Synthétiser et implémenter le circuit

Exécutez cette commande dans la console Tcl pour réduire la gravité de certains messages concernant les affectations de broches :

set_msg_config -id {Common 17-55} -new_severity {WARNING}

Générez le fichier binaire à charger dans le FPGA : Flow Navigator → Program and Debug → Generate Bitstream.

Vivado va enchaîner toutes les étapes d’analyse des fichiers sources, de synthèse logique, de placement et routage, pour terminer par la génération d’un fichier binaire à charger dans le FPGA.

À la fin des opérations, la boîte de dialogue Bitstream Generation Completed s’affiche. Choisissez Open Hardware Manager.

Configurer le FPGA

Vérifiez que l’interrupteur d’alimentation de votre carte Basys3 est en position OFF. Le cavalier situé à côté de l’interrupteur doit être en position USB.

Reliez le connecteur micro-USB de la carte à un port USB de votre PC. Mettez la carte sous tension.

En haut du panneau Hardware Manager, pressez Open target et choisissez Auto Connect.

Pressez ensuite Program Device.