Subprograme

Capitolul 6

Subprograme

• Un subrogram defineste (reprezinta) un algoritm secvential care face anumite calcule.

• Subprogramele pot fi: – 1. functii – 2. proceduri

• Functii: – Calculeaza in mod normal o singura valoare – Se executa in timp de simulare 0 => nu contin instructiuni

WAIT.

• Proceduri: – Pot returna zero sau mai multe valori – Pot contine instructiuni WAIT (caz in care nu se executa in timp

de simulare 0). – Pot fi apelate secvential sau concurent.

Subprograme: specificare Specificarea unui subprogram (subprogram body):

subprogram-specification IS

subprogram-item-declarations

BEGIN

subprogram-statements

END [FUNCTION | PROCEDURE] [subprogram-name];

Subprogram-specification:

- precizeaza numele subprogramului

- defineste interfata subprogramului, adica parametrii formali.

Subprogram-item-declarations: declaratiile din subprograme

Subprogram-statements: sint instructiuni secventiale si instructiunea RETURN

Subprogram-name de la sfirsit: daca apare, e acelasi ca si numele din subprogram-specification

Simbolul ; de la sfirsit e obligatoriu.

Specificare: parametri

• Parametrii formali au: – nume

– Tip

– clasa: constante, variable, semnale, fisiere (FILE)

– mod: IN, OUT, INOUT

• Modul parametrilor formali: – IN - se pot doar citi, dar nu pot fi modificati

– OUT -pot fi modificati, dar nu si cititi

– INOUT: pot fi atit cititi, cit si modificati

– Fisierele nu au mod, ele pot fi citite sau scrise, depinzind de felul cum au fost deschise.

– Functiile pot avea doar parametri de mod IN, procedurile pot avea parametri de orice mod.

Parametrii subprogramelor

• La apelarea subprogramelor se folosesc parametri actuali.

• Asocieri: – Unui parametru formal semnal i se poate asocia ca actual doar un

parametru semnal.

– Analog pentru parametri formali VARIABLE sau FILE

– Unui parametru formal constanta i se poate asocia si o expresie.

– Trebuie sa corespunda tipul parametrului formal si al celui actual – Daca un parametru formal e unconstrained array, atunci dimensiunea

lui va fi data de dimensiunea parametrului actual.

• Semnale: – In interiorul functiilor NU se pot asigna valori semnalelor

– Daca intr-o procedura se asigneaza valori unui semnal, atunci driverul semnalului este afectat imediat si indiferent daca procedura se termina sau nu.

– Nu se permite utilizarea in proceduri a atributelor care genereaza noi semnale: ‘STABLE, ‘QUIET, ‘TRANSACTION, ‘DELAYED (nici in functii)

Subprograme: declaratii

• Subprogram-item-declarations (declaratiile din subprograme): – Pot fi declaratii de tipuri sau obiecte (constante,

variabile, dar NU semnale!)

– Nu pot fi declaratii de componente !

– Aceste declaratii sint vizibile doar in interiorul subprogramelor si devin efective doar la apelul subprogramului.

– Astfel, o variabila declarata intr-un subprogram • este initializata la fiecare apel al subprogramului si • Exista doar pe durata executiei subprogramului. • (o variabila declarata intr-un proces e initializata la inceputul

simularii, exista pe toata durata simularii si isi pastreaza valoarea de la o executie la alta a procesului)

Specificare: instructiuni

• Instructiunile din subprograme pot fi – instructiuni secventiale (ca si in procese)

– Instructiunea RETURN:

• Sintaxa: RETURN [expression];

• Este permisa doar in subprograme

• La executia ei se termina subprogramul si controlul este redat programului care a apelat subprogramul.

• Orice functie trebuie sa contina RETURN expresie;

– Valoarea expresiei este returnata programului care a apleat functia

• La proceduri si parametrii OUT si INOUT returneaza valori.

• Procedurile pot avea efecte secundare (‘side effects’), adica pot afecta valoarea unor obiecte care sint declarate global fata de procedura -> NU se recomanda !!

Proceduri Procedurile permit descompunerea unor secvente de cod lungi in sectiuni. Spre

deosebire de o functie, o procedura poate returna zero sau mai multe valori.

Sintaxa pentru specificarea unei proceduri:

PROCEDURE procedure_name(parameter_list)

unde parameter_list specifica lista parametrilor formali.

Clasele parametrilor: constante, variabile, semnale (si fisiere)

Modul parametrilor: IN, OUT, INOUT.

Daca nu se specifica clasa parametrilor, atunci aceasta este constanta pt

parametrii de mod IN si variabila pt parametrii de mod OUT sau INOUT.

Daca nu se specifica modul unui parametru, atunci implicit este IN.

Exemplu de procedura:

TYPE op_code IS (add, sub, mul, div, lt, le, eq);

…

Proceduri

PROCEDURE alu_proc IS (a,b: IN INTEGER; op: op_code; z:

OUT INTEGER; zcomp: OUT BOOLEAN) IS

BEGIN

CASE op IS

WHEN add => z:=a+b;

WHEN sub=> z:=a-b;

WHEN mul=> z:=a*b;

WHEN div=> z:=a/b;

WHEN lt=> zcomp := a<b;

WHEN le=> zcomp:= a<=b;

WHEN eq=> zcomp:=a=b;

END CASE;

END PROCEDURE alu_proc;

Proceduri Apelul procedurilor poate fi secvential sau concurent. Sintaxa:

[label:] procedure_name(list_of_actuals);

Apelul concurent este echivalent cu un proces ce contine apelul secvential si are

in lista de senzitivitate parametrii apartinind clasei semnal si avind modul IN sau

INOUT.

Parametrii actuali pot fi precizati prin asociere pozitionala sau dupa nume.

Exemplu:

alu_proc(d1,d2,add, sum, comp); -- pozitional

alu_proc(z=>sum, b=>d2, a=>d1, op=>add, zcomp=>comp);-- dupa nume

Daca o procedura contine instructiuni WAIT, atunci nu poate fi aplelata dintr-un

proces ce are lista de senzitivitate.

O procedura poate fi si aminata (postponed) fiind declarata ca atare:

POSTPONED PROCEDURE o_procedura(lista_de_parametri) IS

…

Declarare vs specificare

Se poate face si numai declararea unei proceduri, fara a specifica si corpul

ei. Analog pentru functii:

-de exemplu in PACKAGE DECLARATION

-este util la apelul recursiv (a se vedea exemplul)

Sintaxa unei declaratii de subprogram este:

subprogram_specification

Exemplu cu 2 proceduri:

PROCEDURE p(…) IS

VARIABLE a, b:…

BEGIN

a:=q(b);

…

END p;

Declarare vs specificare FUNCTION q(…)

BEGIN

…

p();

…

END q;

Exemplul nu e corect, nu se compileaza.

Corect ar fi:

PROCEDURE p();

FUNCTION q();

PROCEDURE p() IS

…

END p; FUNCTION q() IS … END FUNCTION q;

Functii Specificare:

[PURE|IMPURE] FUNCTION function_name (parameter_list)

RETURN return_type

O functie este pura daca returneaza de fiecare data aceeasi valoare atunci cind

este apleata cu acelasi set de parametri actuali.

O functie impura poate returna valori diferite atunci cind este apleata cu acelasi

set de parametri actuali.

In mod implicit o functie este pura. Exemple de functii impure:

- functii care genereaza numere aleatoare

- functia NOW (returneaza timpul de simulare curent).

Lista de parametri (parameter_list) descrie lista parametrilor formali ai functiei.

Acestia pot avea doar modul IN si pot apartine clasei constantelor sau

semnalelor, fiind in mod implicit constante.

Apelul functiilor se face doar in expresii conform sintaxei:

function_name(list_of_actuals)

Functii Pentru o constanta parametrul actual poate fi si o expresie, iar pt un semnal,

poate fi doar semnal.

Asocierea parametrilor formali cu cei actuali poate fi facuta pozitional sau dupa

nume.

Functiile NU pot contine instructiuni WAIT si nu pot asigna valori unor semnale.

In general functiile nu au efecte laterale (secundare).

Exemplu de functie care detecteaza frontul crescator al unui semnal:

FUNCTION front_crescator (SIGNAL s: BIT) RETURN BOOLEAN IS

BEGIN

RETURN (s=‘1’ AND s’EVENT AND s’LAST_VALUE=‘0’); END FUNCTION front_crescator;

Cele mai frecvente utilizari ale functiilor:

-pt conversii

-ca functii de rezolutie

Functii de conversie

In VHDL se pot face putine conversii de tip cast de tipul (INTEGER) x sau

(REAL) y, in general se folosesc functii de conversie.

Exemplu:

TYPE mvl IS (‘X’, ‘0’, ‘1’, ‘Z’); TYPE fourval IS (X, L, H, Z);

FUNCTION mvl_to_fourval(v: mvl) RETURN fourval IS

BEGIN

CASE v IS

WHEN ‘X’ => RETURN X; WHEN ‘0’ => RETURN L; WHEN ‘1’ => RETURN H; WHEN ‘Z’ => RETURN Z; END CASE;

END FUNCTION;

Exemplu de conversie cu look-up table Conversia e mai eficienta daca se foloseste look-up table in locul functiei de conversie, ca in

exemplul urmator:

entity look_up_table_2 is

generic (tp: time:=5ns);

end;

architecture a of look_up_table_2 is

type mvl is ('Z', '0', '1', 'X');

type fourval is (Z, L, H, X);

type look_up is array(mvl) of fourval;

CONSTANT to_fourval: look_up:=('Z'=>Z, '0'=>L,'1'=>H,'X'=>X);

SIGNAL fv0,fv1,fv2: fourval;

SIGNAL mvl1,mvl2: mvl;

SIGNAL s1, s2: look_up;

BEGIN

Process(mvl1)

Begin

fv1 <= to_fourval(mvl1) after 1ns;

end process;

process(mvl2)

begin

fv2<= to_fourval(mvl2) after 1ns;

end process;

fv0 <= to_fourval(mvl'('Z')) after tp, to_fourval('0') after 2*tp,

to_fourval('1') after 3*tp, to_fourval('X') after 4*tp;

mvl1 <= 'X' after 20ns, '1' after 30ns, '0' after 40ns, 'Z' after 50ns;

mvl2 <= '0' after 40ns, '1' after 70ns;

s1 <= ('X'=>X, '1'=>H, '0'=>L, 'Z'=> Z) after tp, ('X'=>Z, 'Z'=>X,

'0'=>H, others=>L) after 2*tp;

s2 <= (others=>L) after tp, (L,H,X,Z) after 2*tp;

end architecture;

Exemplu de conversie cu look-up table

Diagrama de semnale:

Fig 10. Diagrama de semnale pentru exemplul de conversie cu look-up table.

Functii de rezolutie

• Se utilizeaza pentru a rezolva valoarea unui semnal atunci cind semnalul are mai multe drivere (surse)

• In VHDL este ilegal ca un semnal cu mai multe drivere sa nu fie rezolvat

• Functia de rezolutie: – Se scrie de catre programator

– Se apeleaza de catre simulator:

• Atunci cind cel putin unul din driverele semnalului are un eveniment.

• La aparitia acelui eveniment se executa functia care va returna o valoare obtinuta din valorile tuturor driverelor semnalului.

• Spre deosebire de alte HDL in VHDL nu exista functii de rezolutie predefinite.

Overloading (supraincarcare)

• Uneori dorim sa avem doua subprograme cu acelasi nume, caz in care se spune ca subprogramele sint supraincarcate – De exemplu un subprogram denumit count care numara biti si un

altul, denumit tot count, care numara intregi

• Un apel catre astfel de subprograme este ambiguu si deci eronat daca nu poate fi identificat subprogramul apelat.

• Identificarea se poate face pe baza: – Numelui subprogramelor

– Numarului de parametri actuali

– Tipul si ordinea parametrilor actuali

– Numele parametrilor formali (daca se foloseste asocierea dupa nume la apel)

– Tipul rezultatului (la functii)

Overloading la operatori

• Cind un operator standard al limbajului este facut sa se comporte diferit se spune ca avem operator overloading – De obicei dorim sa extindem operatorul si

asupra unor operanzi avind alt tip decit pentru operatorul standard

– La declararea noului operator, numele acestuia se pune in ghilimele, pentru a-l putea apela sub forma unui operator

• Operatorul poate fi apelat si ca o functie.

Exemplu de operator overloading --definirea operatorilor

FUNCTION “+” (op1, op2: BIT_VECTOR) RETURN BIT_VECTOR;

FUNCTION “-” (op1, op2: BIT_VECTOR) RETURN BIT_VECTOR;

TYPE mvl IS (X, L, H, Z);

FUNCTION “OR”(l, r: mvl) RETURN mvl;

FUNCTION “AND”(l, r: mvl) RETURN mvl;

…

--Apelul operatorilor

VARIABLE x,y,z1,z2: BIT_VECTOR(3 DOWNTO 0);

VARIABLE a1, b1, c1,c2: mvl;

z1:=x+y;--notatie standard pt operatori

z2:=“-”(x,y);--notatie standard pt functii

c1:=a1 AND b1;--notatie standard pt operatori

c2:= “OR”(a1,b1);--notatie standard pt functii