Posts Tagged with "Design"

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Pongの開発 (3)

posted by sakurai on November 8, 2023 #692

ブロック図

以下にPongのデモ画面が動作するステートマシンを組み込んだブロック図を示します。

図%%.1
図692.1 Pongブロック図

これらのモジュールのうち、クロック系、デュアルポートRAMを含むグラフィクス系、1チャネルのサウンド系はほぼ流用です。新規設計はGameFSMのみであり、GameFSMとSoundFSMを連結するコマンドバッファもそのまま流用しています。 

完成画面

システムが動作している画面を示します。

図%%.2
図692.2 Pong動作画面

方向制御

パドルの縦位置はボールと同じにしてあるため、必ずボールは打ち返します。パドルでの反射は表692.1のとおり。

表692.1 2種類の乱数とボールの方向
乱数1 bcount 乱数2 dy
0 0 (45°) 0 (dx=1に対して)+1
1 (dx=1に対して)-1
1 3 (18.4°) 0 (dx=3に対して)+1
1 (dx=3に対して)-1

乱数1で傾きの逆数であるbcountを0または3とします。乱数2で方向がプラス+1かマイナスかを決定します。合わせると、bcount=0は右方向の場合速度ベクトルが(+1, +1)または(+1, -1)です。bcount=3の場合速度ベクトルが(+1, +1/3)または(+1, -1/3)です。

オリジナルゲームにはまっすぐ反射する反射もあったのですが、まっすぐ反射してもあまり面白くないので、カットしました。

上下の壁にボールが衝突するとy方向の速度dyの符号を反転させます。一方、左右のパドルに衝突するとx方向の速度であるdxの符号を反転させ、かつ上記の表により方向をランダムに変化させます。


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Pongの開発 (2)

posted by sakurai on November 7, 2023 #691

サウンドROMデータの作成

以下のコマンドにより、Vivadoの読めるCOEファイルを作成します。

echo 'memory_initialization_radix=16;' > srom.coe
echo -n 'memory_initialization_vector=' >> srom.coe
cat s?o.wav | \od -An -t x1 -v >> srom.coe
echo ';' >> srom.coe

サウンドステートマシン

サウンドステートマシンは以前作成したものを流用します。Space Invadersの開発の際には4多重音のため、4個のサウンドステートマシンを使用しましたが、Pongは単純なので1個で十分です。そのため自分と他人のサウンドコードを見分ける必要がないため、キューへの書き込みを示す!emptyで起動します。またミキサーも無くなるため、従来後段のミキサーに入れていた符号拡張と桁調整を本モジュールに組み込みました。

以下にソースコードを示します。コメントは一部ChatGPTにより作成してもらいました。

// 波形ファイルを読み込み、オーディオDACにサウンドデータを出力するFSMの定義

import StmtFSM.*;  // FSMを生成するためのユーティリティモジュールのインポート

// サウンドイベントと無音を表すマクロ定義
`define SOUND1    1    // 発射音
`define SOUND2    2    // パドルとの衝突音
`define SOUND3    3    // 壁との衝突音
`define SOUND4    4    // アウトの際の音
`define NULL      'h80 // 無音を表す値(8ビットPCMで中間値)

// 必要な型定義
typedef UInt#(13) Addr_t;  // メモリアドレス用の13ビット符号なし整数
typedef UInt#(8) Data_t;   // 8ビットデータ用の符号なし整数
typedef Bit#(16) Sound_t;  // 16ビット符号付PCMサウンドデータ
typedef Bit#(3) Code_t;    // サウンドコード

// FSMのインターフェース定義。外部からアクセスするためのメソッドが定義されています。
interface FSM_ifc;
   method Action sound(Code_t code);              // 音声コードを示す入力メソッド
   method Action rom_data(Data_t indata);         // ROMからのデータ入力メソッド
   method Action sync(Bool lrclk);               // 同期信号を処理するための入力メソッド
   method Action empty(Bool flag);               // FIFOが空を表す入力メソッド
   method Addr_t rom_address();                  // 現在のROMアドレスの出力メソッド
   method Sound_t sdout();                        // 音声出力データの出力メソッド
   method Bool soundon();                         // 音声が再生中かどうかを示す出力メソッド
   method Bool fifo_ren();                        // FIFOの読み出し要求の出力メソッド
endinterface

(* synthesize,always_ready,always_enabled *)
module mkSoundFSM(FSM_ifc);

// 内部ワイヤとレジスタの定義
   
Wire#(Code_t) code <- mkWire, // コードを格納するワイヤと現在のコードを保持するレジスタ
              current <- mkRegU;
Wire#(Bool) lrclk <- mkWire;  // 左右のクロック同期用のワイヤ
Reg#(Data_t) romdata <- mkRegU; // ROMから読み込まれたデータを保持するレジスタ
Reg#(Data_t) dout <- mkReg(`NULL); // データ出力用のレジスタ(初期値は無音)
Reg#(UInt#(32)) workd <- mkRegU;  // 32ビット作業用データレジスタ
Reg#(UInt#(13)) dcount <- mkRegU; // 再生カウント用の13ビットレジスタ
Reg#(Addr_t) worka <- mkRegU, // アドレス計算用の作業用アドレスレジスタ
                         romaddr <- mkRegU, // ROMのアドレスレジスタ
                         addr <- mkRegU; // 出力用アドレスレジスタ
Reg#(UInt#(8)) ii <- mkReg(0); // ループカウンタ用の8ビットレジスタ
Reg#(Bool) son <- mkReg(False), // サウンド再生中フラグ用のレジスタ
                     sonEarly <- mkReg(False), // 早期サウンド開始フラグ用のレジスタ
                     ren <- mkReg(False),  // FIFO読み込み要求フラグ用のレジスタ
                     emptyf <- mkReg(True); // FIFOが空かどうかを示すフラグ用のレジスタ

   // subfunctions
   //   READ MEM  サブ関数:メモリからの読み出し
   //     input:  worka
   //     output: romdata;
   //
   function Stmt readmem;
      return (seq
         addr <= worka;
         delay(2);
      endseq);
   endfunction

   //   READ COUNT    サブ関数:カウント読み出し
   //     input:  romaddr
   //     output: (romaddr,...,romaddr+3) => dcount;
   //             romaddr + 4 => romaddr;
   //
   function Stmt readcount;
      return (seq
         workd <= 0;
         for (ii <= 0; ii <= 3; ii <= ii + 1) seq
            worka <= romaddr + extend(3-ii);
            readmem;
            if (ii == 3) dcount <= truncate(workd<<8) | extend(romdata);
            else workd <= workd<<8 | extend(romdata);
         endseq
         romaddr <= romaddr + 4;
      endseq);
   endfunction
      
   //  Mainloop    メインループの定義
   //
   Stmt main = seq
      while(True) seq
         action
            dout <= `NULL;
            sonEarly <= False;
            son <= False;
            ren <= False;
         endaction
         await(!emptyf);
         action
            ren <= True; // consume 1 entry of Q
            current <= code;
         endaction
         await(emptyf);
         ren <= False;
         // Sync to LRCLK 
         //
         await(lrclk);
         await(!lrclk);
         delay(4);

         // Format decoding
         //
         action    
            case (current)
              `SOUND1:  romaddr <=   0 + 16;
              `SOUND2:  romaddr <=  1610 + 16;
              `SOUND3:  romaddr <=  (1610 + 900) + 16;
              `SOUND4:  romaddr <=  (1610 + 900 + 872) +16;
            endcase
         endaction
         readcount;
         romaddr <= romaddr + extend(dcount) + 4;
      
         readcount;
         romaddr <= romaddr - 1;

         // play loop
         while (dcount != 0) seq
            // Play 0
            if (sonEarly == False) seq
            // 1cycle目
               readmem;
               action
                  sonEarly <= True;
                  son <= False;
                  dout <= `NULL;
               endaction

            endseq else seq
            // 2cycle目以降
               readmem;
               action
                  son <= True;
                  dout <= romdata;
               endaction
            endseq // if

            delay(11);
            action
               romaddr <= romaddr + 1;
               worka <= romaddr + 1;
               dcount <= dcount - 1;
            endaction
         endseq // while(!終了条件)
      endseq // while(True)
   endseq; // Stmt

   mkAutoFSM(main);     // FSMを生成し実行
   
   method Action sound(Code_t incode);
      code <= incode;
   endmethod
   method Action rom_data(Data_t indata);
      romdata <= indata;
   endmethod
   method Addr_t rom_address();
      return addr;
   endmethod
   method Sound_t sdout(); 
      let bdout = pack(dout);     // 現在のオーディオデータ(dout)をパックし、16ビットのデータ(bdout)に変換します。
      let s =  ~bdout[7]; // 8ビット目(MSB)を反転させてサインビット(s)を生成します。
      return {{s,s},bdout[6:0],{7'h0}}; // オーディオデータをsignedに変換します。
   endmethod
   method Bool soundon();
      return son;
   endmethod
   method Action sync(Bool inlrclk);
      lrclk <= inlrclk;
   endmethod
   method Bool fifo_ren();
      return ren;
   endmethod
   method Action empty(Bool flag);
      emptyf <= flag;
   endmethod

endmodule: mkSoundFSM

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Pongの開発

posted by sakurai on November 6, 2023 #690

Pong Game

強化学習のトライアルとして、ビデオゲームを題材に取り上げます。本来はインベーダーゲームを対象としたいのですが複雑であるため、比較的単純なPongとします。

Youtubeで動作画像を探すとこのような動画が見つかりました。

図%%.1
図690.1 CmodA7toPMODボード回路図

これを参考にしつつ、bsvによりプログラミングを行います。

Sound

強化学習本来の目的ではサウンドは不要ですが、ゲームとしての完成度のためにサウンドも実装します。サウンドコントローラであるSoundFSMやその周りの回路は開発済みなので、サウンド実装の工数はサウンド収集加工以外にはほとんどかかりません。そこでサウンドの収集から始めます。

サウンドフォーマット等の参考にする過去記事はこれです。

まずWindows+Gによりゲームバーを呼び出し上記動画の動画をキャプチャします。次にffmpegによりwaveに変換します。変換コマンドは次のとおりです。audacityはmp4を読み込めないため、ffmpegを用います。

$ ffmpeg -i input.mp4 output.wav

これをaudacityにより編集し以下の4つのサウンドを取得します。

表690.1 4種のサウンド
コード 種類
1 発射音
2 パドル
3
4 アウト

ffmpegを用いるとINFO等の余分な情報が削除できずハードウエアが読み込めません。よってaudacityでサウンドデータを開き、

  • 音量をノーマライズ。イフェクト⇒音量⇒ノーマライズとします。
  • メタデータを全て削除
  • 形式はwav (microsoft)
  • チャンネルはモノラル
  • サンプリングは11025 Hz
  • エンコーディングはUnsigned 8-bit PCM

としてエクスポートします。

ここで各ファイルサイズを見ると、

$ ls -l s?o.wav
-rwxrwx--- 1 root vboxsf  1610 10月 29 21:10 s1o.wav
-rwxrwx--- 1 root vboxsf   900 10月 29 21:10 s2o.wav
-rwxrwx--- 1 root vboxsf   872 10月 29 21:13 s3o.wav
-rwxrwx--- 1 root vboxsf  4388 10月 29 21:11 s4o.wav

以上からROMの構成表を作成すれば、

表690.2 ROM構成表
Code Sound Start Size [bytes] Entry=Start+16
1 発射音 0 1,610 0+16
2 パドル 1,610 900 1,610+16
3 1,610+900 872 (1,610+900)+16
4 アウト 1,610+900+872 4,388 (1,610+900+872)+16
合計 [bytes] (16KB ROM使用率) 7,770 (95%)

となります。各サウンドのエントリは表の黄色で示したアドレスであり、これを次のようにbsvでFSM内に記述します(次ページにFSMの全リストを掲載)。
     // Format decoding
     //
     action
        case (current)
           `SOUND1:  romaddr <=   0 + 16;
           `SOUND2:  romaddr <=  1610 + 16;
           `SOUND3:  romaddr <=  (1610 + 900) + 16;
           `SOUND4:  romaddr <=  (1610 + 900 + 872) +16;
        endcase
     endaction

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Cmod A7の利用 (3)

posted by sakurai on October 26, 2023 #686

完成した回路図を図686.1に、レイアウト図を686.2に示します。ボードは仕様的に2層、80cm^2未満であるため、Eagleの無料版で設計することができました。

図%%.1
図686.1 CmodA7toPMODボード回路図

図%%.1
図686.2 CmodA7toPMODボードガーバー図

基板業者JLCPCBにおいて基板製造及び部品実装(PCBA)をオーダーしようと思いました。ところがSMT部品でないとアセンブリできないらしく、今回SMT部品が無いことから基板のみのサービスを利用しました。

表686.1 JLCPCB費用まとめ
内容 費用[USD]
基板製造費10枚 5.00
配送費(OCS) 1.98
合計 6.98

という結果でした。


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Cmod A7の利用 (2)

posted by sakurai on October 25, 2023 #685

Eagleライブラリの作成

同様にDC Jackを登録します。以下にその基盤図及び実体図を示します。基盤穴をグレーで塗っています。

図%%.1
図685.1 Cmod A7ボード

EAGLEでこれを登録するには基盤図をfootprintに入力する必要があり、ライブラリを次のように作成します。

(1) symbolの編集画面において、

  • 部品外形をLayer=94 Symbolsで記述。
  • 適宜論理ピンを設定。
  • textでLayer=95 Namesとして">NAME"を追加。
  • textでLayer=96 Valuesとして">VALUE"を追加。

(2) footprintの編集画面において、

  • textでLayer=25 tNamesとして">NAME"を追加。
  • textでLayer=27 tValuesとして">VALUE"を追加。
  • Layer=20 Dimensionとする。
  • Widthを0とする。
  • Gridをmmにする。
  • ラインコマンドをクリックする。
  • 入力窓に、"(x, y)"と点を打つ。

以下"(x, y)"の繰り返しで図形を描きます。"20 Dimension"は外形線ですが、外形線の囲む内部に外形線があれば、囲まれた領域が穴になるという仕様です。ただし、上図は背面から見た図なので、上面から見た図はその裏返しとなります。

さらに、表面から背面に貫通する端子を背面で+5Vと接続させるため、背面のソルダーレジストを禁止とします。そのためには

  • 禁止したい領域をLayer=30 bStopとして矩形で囲む。

(3) deviceの編集画面において、

  • Edit ⇒ Addで作成したsymbolの読み込み
  • Edit ⇒ Packageで作成したfootprintの読み込み
  • 論理ピンと物理ピン(pad)の接続
  • prefixをクリックしてJと入力 (J1, J2, としたい場合)

特にここで挙げたsymbol画面とfootprint画面からのdevice画面への読み込みが直感的ではないので注意してください。


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Cmod A7の利用

posted by sakurai on October 24, 2023 #684

Cmod A7

Cmod A7とはDigilentから販売されているArtix 7シリーズのFPGAの評価ボードで、その特長は小さくて安いことにあります。最近の世界的なインフレにより各種FPGAボードが値上がりしている中で、USD 99と最安の部類に入ります。

図%%.1
図684.1 Cmod A7ボード

小さくて安いFPGAボードですが、Arty A7-35ボードと同じFPGAを採用しているため、Space Invadersが動作するはずです。

CmodA7toPMOD

しかしながらArty A7ボードがPMODインタフェースを4個搭載しておりそのままPMOD-VGAやPMOD-Audioボードを接続できるのに対し、このボードはPMODが1個しかないため、PMODインタフェースを設計する必要があります。ただし、Ultra96と異なり端子電圧が3.3VであるためPMODと直接インタフェースでき、レベル変換ICが不要です。

そのためには変換ボード上に

  • Cmod A7ボード
  • PMODピンソケットコネクタ x 4
  • ACアダプタコネクタ(MJ-179PH)
  • 5V-3.3V電圧降下コンバータ(NJU7223F33)

等の部品を搭載する必要があります。

Eagleライブラリの作成

EAGLEでこれらを使用するにはシンボル図や基盤図をライブラリに登録する必要があります。例として電圧降下コンバータNJU7223F33の外形図を図684.2に示します。

図%%.2
図684.2 NJU7223F33外形図

このシンボルとフットプリントを作成した図を以下に示します。

図%%.3
図684.3 NJU7223F33 symbol図

図%%.4
図684.4 NJU7223F33 footprint図

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色変換回路 (5)

posted by sakurai on October 23, 2023 #683

BSVフォーラムで議論したところ、以下のような回答を順次頂きました。

  • 最初の一括でリターンを返すメソッドのほうが良い。が、メソッドの構造体を分割する手段は現状のBSVの文法にはない。従って手段としては2つあり、外側にverilogラッパーを設けて分割するか、BSVに新たな機能を追加するか。
  • 組み合わせ回路の関数を置いたらどうか?
  • clockとresetは、インタフェース外の端子を使えば消すことができる。
  • RDYが1にもかかわらずエラーになる件はbscのissueとして登録した。

組み合わせ回路の関数は良い方法だと思うので、今後色変換回路を組み込む場合にはそうしようと思います。

しかしながら今回は外付けのモジュールとしたため、clockとresetを消去する方法で行きたいと思います。提示されたソースは以下のとおり。

interface ColorConverter;
  (* result="RO" *)
  method Bit#(4) getRO();
  (* result="GO" *)
  method Bit#(4) getGO();
  (* result="BO" *)
  method Bit#(4) getBO();
endinterface

(* synthesize, always_ready, no_default_clock, no_default_reset *)
module mkColorConverter(
    (* port="RI" *) Bit#(1) r,
    (* port="GI" *) Bit#(1) g,
    (* port="BI" *) Bit#(1) b,
        ColorConverter ifc);

  method Bit#(4) getRO();
    return (case ({r, g, b})
      3'b000: 4'h0;
      3'b001: 4'h9;
      3'b010: 4'hd;
      3'b011: 4'h5;
      3'b100: 4'hc;
      default: 4'h0;
    endcase);
  endmethod

  method Bit#(4) getGO();
    return (case ({r, g, b})
      3'b000: 4'h0;
      3'b001: 4'h4;
      3'b010: 4'h8;
      3'b011: 4'hb;
      3'b100: 4'hc;
      default: 4'h0;
    endcase);
  endmethod

  method Bit#(4) getBO();
    return (case ({r, g, b})
      3'b000: 4'h0;
      3'b001: 4'h1;
      3'b010: 4'h4;
      3'b011: 4'h5;
      3'b100: 4'hC;
      default: 4'h0;
    endcase);
  endmethod
endmodule

メソッドを用いない入力方法があるようです。具体的にはinterfaceはメソッドを並べるため、interface定義外にポートを定義しています。

また、カラー0は非表示画面も示すため、変換せずに0のままと変更しました。

このソースから生成されるverilogコードはヘッダや定義文を除いて次のとおり。

module mkColorConverter(RI,
            GI,
            BI,
            RO,
            GO,
            BO);
  input  RI;
  input  GI;
  input  BI;

  // value method getRO
  output [3 : 0] RO;
  // value method getGO
  output [3 : 0] GO;
  // value method getBO
  output [3 : 0] BO;

  // signals for module outputs
  reg [3 : 0] BO, GO, RO;
  // remaining internal signals
  wire [2 : 0] x__h151;

  // value method getRO
  always@(x__h151)
  begin
    case (x__h151)
      3'b0: RO = 4'h0;
      3'b001: RO = 4'h9;
      3'b010: RO = 4'hD;
      3'b011: RO = 4'h5;
      3'b100: RO = 4'hC;
      default: RO = 4'h0;
    endcase
  end

  // value method getGO
  always@(x__h151)
  begin
    case (x__h151)
      3'b0: GO = 4'h0;
      3'b001: GO = 4'h4;
      3'b010: GO = 4'h8;
      3'b011: GO = 4'hB;
      3'b100: GO = 4'hC;
      default: GO = 4'h0;
    endcase
  end

  // value method getBO
  always@(x__h151)
  begin
    case (x__h151)
      3'b0: BO = 4'h0;
      3'b001: BO = 4'h1;
      3'b010: BO = 4'h4;
      3'b011: BO = 4'h5;
      3'b100: BO = 4'hC;
      default: BO = 4'h0;
    endcase
  end

  // remaining internal signals
  assign x__h151 = { RI, GI, BI } ;
endmodule  // mkColorConverter

verilogは正しく生成されています。


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色変換回路 (4)

posted by sakurai on October 20, 2023 #682

試行錯誤した結果、always_readyは解決しました。WireでなくDWireを用いるとうまく消えることがわかりました。ソースにおいて修正点のみを示すと、

(* synthesize, always_enabled = "setInputs", always_ready = "getRO, getGO, getBO" *)

及び

    Wire#(Bit#(1)) r_reg <- mkDWire(?);
    Wire#(Bit#(1)) g_reg <- mkDWire(?);
    Wire#(Bit#(1)) b_reg <- mkDWire(?);

の2か所を修正するだけです。生成されたverilogはかなりスッキリしてきており、後は未使用のCLK及びRST_Nを削除する方法だけですが、(* no_default_clock, no_default_reset *)とすれば良いようです。

module mkColorConverter(CLK,
            RST_N,
            RI,
            GI,
            BI,
            RO,
            GO,
            BO);
  input  CLK;
  input  RST_N;

  // action method setInputs
  input  RI;
  input  GI;
  input  BI;

  // value method getRO
  output [3 : 0] RO;
  // value method getGO
  output [3 : 0] GO;
  // value method getBO
  output [3 : 0] BO;

  // signals for module outputs
  reg [3 : 0] BO, GO, RO;
  // remaining internal signals
  wire [2 : 0] x__h322;

  // value method getRO
  always@(x__h322)
  begin
    case (x__h322)
      3'b0: RO = 4'h9;
      3'b001: RO = 4'hD;
      3'b010: RO = 4'h5;
      default: RO = 4'hC;
    endcase
  end

  // value method getGO
  always@(x__h322)
  begin
    case (x__h322)
      3'b0: GO = 4'h4;
      3'b001: GO = 4'h8;
      3'b010: GO = 4'hB;
      default: GO = 4'hC;
    endcase
  end

  // value method getBO
  always@(x__h322)
  begin
    case (x__h322)
      3'b0: BO = 4'h1;
      3'b001: BO = 4'h4;
      3'b010: BO = 4'h5;
      default: BO = 4'hC;
    endcase
  end

  // remaining internal signals
  assign x__h322 = { RI, GI, BI } ;
endmodule  // mkColorConverter

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色変換回路 (3)

posted by sakurai on October 19, 2023 #681

そもそもリターンメソッド(出力に相当する)が単一なのは、タイミング的に同時に12bitを読みだすからですが、これを4bitずつ3回にわけて読みだす形にします。すると、

interface ColorConverter;
  (* prefix="" *)
  method Action setInputs(
    (* port="RI" *) Bit#(1) r,
    (* port="GI" *) Bit#(1) g,
    (* port="BI" *) Bit#(1) b);
  (* result="RO" *)
  method Bit#(4) getRO();
  (* result="GO" *)
  method Bit#(4) getGO();
  (* result="BO" *)
  method Bit#(4) getBO();
endinterface

(* synthesize, always_enabled = "setInputs" *)
module mkColorConverter(ColorConverter);
    Wire#(Bit#(1)) r_reg <- mkWire;
    Wire#(Bit#(1)) g_reg <- mkWire;
    Wire#(Bit#(1)) b_reg <- mkWire;

  method Action setInputs(Bit#(1) r, Bit#(1) g, Bit#(1) b);
    r_reg <= r;
    g_reg <= g;
    b_reg <= b;
  endmethod

  method Bit#(4) getRO();
    return (case ({r_reg, g_reg, b_reg})
      3'b000: 4'h9;
      3'b001: 4'hD;
      3'b010: 4'h5;
      3'b100: 4'hC;
      default: ?;
    endcase);
  endmethod

  method Bit#(4) getGO();
    return (case ({r_reg, g_reg, b_reg})
      3'b000: 4'h4;
      3'b001: 4'h8;
      3'b010: 4'hB;
      3'b100: 4'hC;
      default: ?;
    endcase);
  endmethod

  method Bit#(4) getBO();
    return (case ({r_reg, g_reg, b_reg})
      3'b000: 4'h1;
      3'b001: 4'h4;
      3'b010: 4'h5;
      3'b100: 4'hC;
      default: ?;
    endcase);
  endmethod
endmodule

このソースからは以下のverilogが生成されます。

module mkColorConverter(CLK,
            RST_N,
            RI,
            GI,
            BI,
            RO,
            RDY_getRO,
            GO,
            RDY_getGO,
            BO,
            RDY_getBO);
  input  CLK;
  input  RST_N;
  // action method setInputs
  input  RI;
  input  GI;
  input  BI;
  // value method getRO
  output [3 : 0] RO;
  output RDY_getRO;
  // value method getGO
  output [3 : 0] GO;
  output RDY_getGO;
  // value method getBO
  output [3 : 0] BO;
  output RDY_getBO;
  // signals for module outputs
  reg [3 : 0] BO, GO, RO;
  wire RDY_getBO, RDY_getGO, RDY_getRO;
  // remaining internal signals
  wire [2 : 0] x__h322;
  // value method getRO
  always@(x__h322)
  begin
    case (x__h322)
      3'b0: RO = 4'h9;
      3'b001: RO = 4'hD;
      3'b010: RO = 4'h5;
      default: RO = 4'hC;
    endcase
  end
  assign RDY_getRO = 1'b1 ;
  // value method getGO
  always@(x__h322)
  begin
    case (x__h322)
      3'b0: GO = 4'h4;
      3'b001: GO = 4'h8;
      3'b010: GO = 4'hB;
      default: GO = 4'hC;
    endcase
  end
  assign RDY_getGO = 1'b1 ;
  // value method getBO
  always@(x__h322)
  begin
    case (x__h322)
      3'b0: BO = 4'h1;
      3'b001: BO = 4'h4;
      3'b010: BO = 4'h5;
      default: BO = 4'hC;
    endcase
  end
  assign RDY_getBO = 1'b1 ;
  // remaining internal signals
  assign x__h322 = { RI, GI, BI } ;
endmodule  // mkColorConverter

出力ポートの形は狙い通り4bit×3個となりました。しかしながら、問題点は生成されたコメントにもあるように、

// Ports:                                                                   
// Name                         I/O  size props                             
// RO                             O     4                                   
// RDY_getRO                      O     1 const                             
// GO                             O     4                                   
// RDY_getGO                      O     1 const                             
// BO                             O     4                                   
// RDY_getBO                      O     1 const                             
// CLK                            I     1 unused                            
// RST_N                          I     1 unused                            
// RI                             I     1                                   
// GI                             I     1         
  1. RDY信号が定数でalways_readyを示す
  2. CLK, RST_Nが未使用

であることから両者とも削除可能です。入力のenableは always_enabled = "setInputs" で示すように削除することができたのですが、always_readyを指定してもエラーとなり、RDY信号を削除することができませんでした。

さらに、no_default_clock, no_default_reset によりCLKとRST_Nを削除できる場合もあるようですが、この場合はエラーが発生してできませんでした。この2点が疑問です。


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色変換回路 (2)

posted by sakurai on October 18, 2023 #680

このソースから生成されたverilogファイルは以下のようになります。先頭のコメントやifdef文等を省略したソースを示します。

module mkColorConverter(RI,
            GI,
            BI,
            OUT);
  // value method mapColor
  input  RI;
  input  GI;
  input  BI;
  output [11 : 0] OUT;

  // signals for module outputs
  reg [11 : 0] OUT;

  // remaining internal signals
  wire [2 : 0] x__h134;

  // value method mapColor
  always@(x__h134)
  begin
    case (x__h134)
      3'b0: OUT = 12'd2369;
      3'b001: OUT = 12'd3460;
      3'b010: OUT = 12'd1461;
      default: OUT = 12'd3276;
    endcase
  end

  // remaining internal signals
  assign x__h134 = { RI, GI, BI } ;
endmodule  // mkColorConverter

図%%.1
図680.1 色変換回路

問題は以下のようにstructで3つのデータを構造化しているにも関わらず、12ビット出力ポートが1個生成されてしまうことです。構造体メンバを取り出す方法がありません。

typedef struct {
  Bit#(4) ro;
  Bit#(4) go;
  Bit#(4) bo;
} ColorOutputs deriving (Bits);

これを4bitの3つの出力ポートとしたいわけです。

不思議なことにBSVの世界から離れてverilogだけでなんとかしようとして手修正によりポートを3つに分けてみたのですが、思ったようにはなりませんでした。例えばverilogを

module mkColorConverter(RI,
                    GI,
                    BI,
                    RO,
                    GO,
                    BO);
  // value method mapColor
  input  RI;
  input  GI;
  input  BI;
  output [3 : 0] RO;
  output [3 : 0] GO;
  output [3 : 0] BO;

  // signals for module outputs
  wire [3 : 0] RO = OUT[11:8];
  wire [3 : 0] GO = OUT[7:4];
  wire [3 : 0] BO = OUT[3:0];
  reg [11: 0] OUT;

のように手修正しても、以下の図のような回路となってしまいました。ポート名は良いのですが、ポート番号が思ったように付いてくれません。

図%%.2
図680.2 色変換回路

いちいち手修正するのも嫌なので、BSVで可能な方法を探ります。


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