1 \documentclass[12pt,a4paper,titlepage,oneside]{article}
2 %\documentclass[12pt,a4paper,titlepage,oneside]{report}
4 \usepackage{ProtocolHeader}
9 %\chapter %for use with report class
13 Es ist ein einfacher Taschenrechner, der die Grundrechnungsarten Addition, Subtraktion,
14 Multiplikation und Division beherrscht, auf einem FPGA Board zu realisieren. Dabei soll als Eingabegerät eine PS/2
15 Tastatur beziehungsweise als Ausgabegerät ein VGA Monitor dienen. Als zusätzliches Feature soll eine
16 History eingebaut werden, sodass vergangene Berechnungen angezeigt werden
17 können. Außerdem besteht die Möglichkeit diese History per RS232-Schnittstelle zu
18 exportieren bzw. importieren.
20 \section{Requirement Spezifikation}
22 %TODO: in der Angabe steht nix von einer extrigen Requirement Spezifikation neben der High Level Beschreibung, aber im Template und Auf den Folien ist es als 3. Punkt neben High- und Low Level Spec noch erwähnt.
24 %Die Subsections sind vielleicht ein kleiner Overshoot.
29 \req{Der Taschenrechner soll eine Eingabe bestehend aus den Ziffern '0'-'9', Leerzeichen ' ', '+', '-', '*' und '/' ausrechnen können}
31 \req{Der Syntax für so eine Eingabe - eine \textbf{Expression} - sieht folgendermaßen aus:
33 DIGIT = '0' \textbar '1' \textbar '2' \textbar '3' \textbar '4' \textbar '5' \textbar '6' \textbar '7' \textbar '8' \textbar '9' ;
35 UNSIGNED = DIGIT \{ DIGIT \} ;
37 OPERAND = ['-'] UNSIGNED ;
39 OPERATOR = '+' \textbar '-' \textbar '*' \textbar '/' ;
41 EXPRESSION = OPERAND \{ OPERATOR OPERAND \} ;
44 \req{Dabei soll Punkt- vor Strichrechnung gelten}
46 \req{Die Zahlen dürfen im Zahlenbereich eines signed long liegen ($-2^{31}$ bis $2^{31}-1$)}
48 \req{Die Eingabe darf aus 70 Zeichen bestehen}
50 \req{Die Eingabe erfolgt über eine PS/2-Tastatur, 'Enter' schließt die Eingabe ab und berechnet das Ergebnis, 'Backspace' löscht das zuletzt eingegebene Zeichen}
54 \req{Die Anzeige der Ein- und Ausgaben erfolgt über einen VGA Monitor.}
56 \req{Es wird pro Zeile eine Eingabe oder Ausgabe angezeigt. Die aktuelle Eingabezeile wandert nach
57 unten, dar\"uber befindet sich das Ergebnis der vorigen Rechnung, dar\"uber die Eingabe der
58 vorigen Rechnung usw.}
60 \req{Auf die in zuvor angegebene Methode sollen zusätzlich zur aktuellen Eingabezeile die letzten 14 Ein- und Ausgaben dargestellt werden}
64 \req{Die letzten 50 Ein- und Ausgaben korrekter Eingaben werden als History im Speicher gehalten}
66 \req{Die History soll über RS232, auf Anfrage vom PC, oder bei Betätigen eines Buttons am Development Board, zum PC gesendet werden}
69 \section{High-Level Design Description}
72 \includegraphics[width=\textwidth]{Architektur.png}
74 \caption{Die Architektur des Taschenrechners}
78 In Abbildung \ref{fig:arch} ist der Aufbau des Taschenrechners zu sehen. Der Taschenrechner besteht aus folgenden Modulen:
81 \item \textbf{VGA} - Zeichenweises Ansprechen des Monitors
82 \item \textbf{Display} - Liest einzelne Zeichen aus der History aus und leitet diese an das VGA Modul weiter, um sie in der entsprechenden Zeile anzeigen zu lassen
83 \item \textbf{RS232} - Senden und Empfangen von Nachrichten vom/zum PC über die serielle Schnittstelle % TODO. baudrate? kodierung? (8N1?)
84 \item \textbf{PC-Kommunikation} - Auf eine vom PC eintreffende Bufferübermittlungsanforderung oder ein Drücken des entsprechenden Board-Buttons, liest es Zeichen für Zeichen aus dem History Modul aus und leitet es an das RS232 Modul weiter
85 \item \textbf{PS/2} - Empfangen von Keyboard-Eingaben als Scancodes
86 \item \textbf{Scanner} - Empfängt die Scan-Codes vom PS/2 Modul und leitet nur für die Eingabezeile erlaubte Zeichen dekodiert in das CP850 Format an die History weiter, bei einem empfangenen Enter wird der Beginn der Berechnung an das Parser Modul signalisiert
87 \item \textbf{Parser} - Wertet die Eingabezeile der History aus und liefert als Antwort entweder
88 einen Fehler zurück oder gibt die einzelnen Berechnungen von je zwei Zahlen an die ALU weiter, die
89 vom History Modul ausgelesenen zusammenhängenden Dezimalstellen werden intern umgerechnet, das
90 Berechnungs-Endergebnis wird jedoch wieder in einzelne Charakter umgerechnet und in der History gespeichert
91 \item \textbf{ALU} - Führt die tatsächlichen Berechnungen von Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division durch
92 \item \textbf{History} - Verwaltung des dahinterliegenden Buffers von vergangenen Berechnungen und der aktuellen Eingabezeile, bei Aktualisierung der aktuellen Eingabezeile und bei Empfang eines Ergebnisses vom Parser Modul signalisiert es das an das Display Modul
97 \subsection{Logische und physikalische Interfaces}
101 vga\_clk & in & 1 & std\_logic & PLL & VGA-Clock \ZE
102 vga\_res\_n & in & 1 & std\_logic & PLL & VGA-Reset \ZE
104 vsync\_n & out & 1 & std\_logic & Bildschirm & Vertikale Synchronisation\ZE
105 hsync\_n & out & 1 & std\_logic & Bildschirm & Horizontale Synchronisation\ZE
107 r & out & 3 & std\_logic\_vector & Bildschirm & Ausgabe der Farbe Rot \ZE
108 g & out & 3 & std\_logic\_vector & Bildschirm & Ausgabe der Farbe Gr\"un \ZE
109 b & out & 2 & std\_logic\_vector & Bildschirm & Ausgabe der Farbe Blau \ZE
111 command & in & 8 & std\_logic\_vector & Display & Kommando an das VGA Modul \ZE
112 command\_data & in & 32 & std\_logic\_vector & Display & Daten f\"ur das Kommando \ZE
113 free & out & 1 & std\_logic & Display & Signalisiert Bereitschaft \ZE
117 \subsubsection{Display}
118 %Liest einzelne Zeichen aus der History aus und leitet diese an das VGA Modul weiter, um sie in der entsprechenden Zeile anzeigen zu lassen
120 new\_eingabe & in & 1 & std\_logic & History & Aufforderung der History die aktuelle Eingabe
122 new\_result & in & 1 & std\_logic & History & Aufforderung der History das aktuelle Ergebnis
124 zeile & out & 5 & std\_logic\_vector & History & Zeilenadressierung ($2 * 15$ Zeilen $=30$) \ZE
125 spalte & out & 7 & std\_logic\_vector & History & Spaltenadressierung (71 Zeichen inklusive \textbackslash 0) \ZE
126 get & out & 1 & std\_logic & History & Signalisiert Speicheranforderung \ZE
127 done & in & 1 & std\_logic & History & Signalisiert dass Daten anliegen \ZE
128 char & in & 8 & character & History & enth\"alt angeforderne Daten \ZE
130 command & out & 8 & std\_logic\_vector & VGA & Kommando an das VGA Modul \ZE
131 command\_data & out & 32 & std\_logic\_vector & VGA & Daten f\"ur das Kommando \ZE
132 free & in & 1 & std\_logic & VGA & Signalisiert Bereitschaft \ZE
136 \subsubsection{RS232}
137 %Senden und Empfangen von Nachrichten vom/zum PC über die serielle Schnittstelle
139 rxd & in & 1 & std\_logic & PC & Sendeleitung der seriellen \"Ubertragung \ZE
140 txd & out & 1 & std\_logic & PC & Empfangsleitung der seriellen \"Ubertragung \ZE
142 rx\_data & out & 8 & std\_logic\_vector & PC-Kommunikation & Datenfeld f\"ur das Empfangen \ZE
143 rx\_new & out & 1 & std\_logic & PC-Kommunikation & Signalisiert ein neu empfangendes Byte \ZE
145 tx\_data & out & 8 & std\_logic\_vector & PC-Kommunikation & Datenfeld f\"ur das \"Ubertragen \ZE
146 tx\_new & out & 1 & std\_logic & PC-Kommunikation & Signalisiert dass das anliegende Byte gesendet werden soll \ZE
150 \subsubsection{PC-Kommunikation}
151 %Auf eine vom PC eintreffende Bufferübermittlungsanforderung oder ein Drücken des entsprechenden Board-Buttons, liest es Zeichen für Zeichen aus dem History Modul aus und leitet es an das RS232 Modul weiter
153 btn\emph{A} & in & 1 & std\_logic & externer Button & zum Triggern der RS232 Kommunikation \ZE
155 rx\_data & in & 8 & std\_logic\_vector & RS232 & Datenfeld f\"ur das Empfangen \ZE
156 rx\_new & in & 1 & std\_logic & RS232 & Signalisiert ein neu empfangendes Byte \ZE
157 tx\_data & in & 8 & std\_logic\_vector & RS232 & Datenfeld f\"ur das \"Ubertragen \ZE
158 tx\_new & in & 1 & std\_logic & RS232 & Signalisiert dass das anliegende Byte gesendet werden soll \ZE
160 zeile & out & 7 & std\_logic\_vector & History & Zeilenadressierung (50 * 2 Zeilen = 100)\ZE
161 spalte & out & 7 & std\_logic\_vector & History & Spaltenadressierung (71 Zeichen inklusive \textbackslash 0) \ZE
162 get & out & 1 & std\_logic & History & Signalisiert Speicheranforderung \ZE
163 done & in & 1 & std\_logic & History & Signalisiert dass Daten anliegen \ZE
164 char & in & 8 & character & History & enth\"alt angeforderne Daten \ZE
171 new\_data & out & 1 & std\_logic\_vector & Scanner & Signalisiert neuen Scancode \ZE
172 data & out & 8 & std\_logic\_vector & Scanner & Scancode laut Codepage 850 \ZE
174 ps2\_clk & inout & 1 & std\_logic & Tastatur & Clockleitung zum Keyboard \ZE
175 ps2\_data & inout & 1 & std\_logic & Tastatur & Datenleitung zum Keyboard \ZE
179 \subsubsection{Scanner}
180 %Empfängt die Scan-Codes vom PS/2 Modul und leitet nur für die Eingabezeile erlaubte Zeichen dekodiert in das CP850 Format an die History weiter, bei einem empfangenen Enter wird der Beginn der Berechnung an das Parser Modul signalisiert
182 new\_data & in & 1 & std\_logic\_vector & PS/2 & Signalisiert neuen Scancode \ZE
183 data & in & 8 & std\_logic\_vector & PS/2 & Scancode laut Codepage 850 \ZE
185 char & out & 8 & character & History & Zeichen das vom History Modul \"ubernommen werden soll \ZE
186 take & out & 1 & std\_logic & History & Signalisiert Datenfeld char \ZE
187 done & in & 1 & std\_logic & History & Signalisiert die \"Ubernahme der Daten \ZE
188 backspace & out & 1 & std\_logic & History & Signalisiert Backspace (letztes Zeichen im Buffer soll gel\"oscht werden) \ZE
190 do\_it & out & 1 & std\_logic & Parser & Auswertung beginnen (ENTER) \ZE
191 finished & in & 1 & std\_logic & Parser & Auswertung fertig \ZE
195 \subsubsection{Parser}
196 %Wertet die Eingabezeile der History aus und liefert als Antwort entweder einen Fehler zurück oder gibt die einzelnen Berechnungen von je zwei Zahlen an die ALU weiter, die vom History Modul ausgelesenen zusammenhängenden Dezimalstellen werden mit dem Bin/Dez-Converter Modul in Binärzahlen umgerechnet, das Berechnungs-Endergebnis wird wieder in mit dem Converter Modul in einzelne Charakter umgerechnet und in der History gespeichert
198 h\_rw & in & 1 & std\_logic & History & 0 = read (Expression), 1 = write (Ergebnis) \ZE
199 h\_spalte & in & 7 & std\_logic\_vector & History & Spaltenadressierung (71 Zeichen inklusive \textbackslash 0) \ZE
200 h\_rget & in & 1 & std\_logic & History & Signalisiert Leseanforderung \ZE
201 h\_rdone & out & 1 & std\_logic & History & Signalisiert dass Daten anliegen \ZE
202 h\_read & in & 8 & character & History & enth\"alt angeforderne Daten \ZE
204 h\_wtake & in & 1 & std\_logic & History & Signalisiert Schreibanforderung \ZE
205 h\_wdone & out & 1 & std\_logic & History & Signalisiert dass Daten anliegen \ZE
206 h\_write & out & 8 & character & History & enth\"alt zu schreibende Daten \ZE
208 h\_finished & in & 1 & std\_logic & History & Auswertung fertig \ZE
210 opcode & out & 3 & enum OPS & ALU & die auszuf\"uhrende Art der Berechnung \ZE
211 op1 & out & 32 & SIGNED(32-1 downto 0) & ALU & erste Operand \ZE
212 op2 & out & 32 & SIGNED(32-1 downto 0) & ALU & zweite Operand \ZE
213 op3 & in & 32 & SIGNED(32-1 downto 0) & ALU & Zieloperand \ZE
214 do\_calc & out & 1 & std\_logic & ALU & Signalisert Berechnungstart \ZE
215 calc\_done & in & 1 & std\_logic & ALU & Berechnung fertig \ZE
217 do\_it & in & 1 & std\_logic & Scanner & Auswertung beginnen (ENTER) \ZE
218 finished & out & 1 & std\_logic & Scanner & Auswertung fertig \ZE
223 %Führt die tatsächlichen Berechnungen von Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division durch
225 opcode & in & 3 & enum OPS & Parser & die auszuf\"uhrende Art der Berechnung \ZE
226 op1 & in & 32 & SIGNED(32-1 downto 0) & Parser & erste Operand \ZE
227 op2 & in & 32 & SIGNED(32-1 downto 0) & ALU & zweite Operand \ZE
228 op3 & out & 32 & SIGNED(32-1 downto 0) & ALU & Zieloperand \ZE
229 do\_calc & in & 1 & std\_logic & Parser & Signalisert Berechnungstart \ZE
230 calc\_done & out & 1 & std\_logic & Parser & Berechnung fertig \ZE
234 \subsubsection{History}
235 %Verwaltung des dahinterliegenden Buffers von vergangenen Berechnungen und der aktuellen
236 %Eingabezeile, bei Aktualisierung der aktuellen Eingabezeile und bei Empfang eines Ergebnisses vom
237 %Parser Modul signalisiert es das an das Display Modul
239 pc\_zeile & in & 7 & std\_logic\_vector & PC-Kommunikation & Zeilenadressierung (50 * 2 Zeilen = 100)\ZE
240 pc\_spalte & in & 7 & std\_logic\_vector & PC-Kommunikation & Spaltenadressierung (71 Zeichen inklusive \textbackslash 0) \ZE
241 pc\_get & in & 1 & std\_logic & PC-Kommunikation & Signalisiert Speicheranforderung \ZE
242 pc\_done & out & 1 & std\_logic & PC-Kommunikation & Signalisiert dass Daten anliegen \ZE
243 pc\_char & out & 8 & character & PC-Kommunikation & enth\"alt angeforderne Daten \ZE
245 s\_char & in & 8 & character & Scanner & Zeichen das vom Scanner Modul \"ubernommen werden soll \ZE
246 s\_take & in & 1 & std\_logic & Scanner & Signalisiert Datenfeld char \ZE
247 s\_done & out & 1 & std\_logic & Scanner & Signalisiert die \"Ubernahme der Daten \ZE
248 s\_backspace & in & 1 & std\_logic & Scanner & Signalisiert Backspace (letztes Zeichen im Buffer soll gel\"oscht werden) \ZE
250 d\_new\_eingabe & out & 1 & std\_logic & Display & Fordert Display auf die Eingabe auszulesen \ZE
251 d\_new\_result & out & 1 & std\_logic & Display & Fordert Display auf das Ergebnis auszulesen \ZE
252 d\_zeile & in & 5 & std\_logic\_vector & Display & Zeilenadressierung ($2 * 15$ Zeilen $=30$) \ZE
253 d\_spalte & in & 7 & std\_logic\_vector & Display & Spaltenadressierung (71 Zeichen inklusive \textbackslash 0) \ZE
254 d\_get & in & 1 & std\_logic & Display & Signalisiert Speicheranforderung \ZE
255 d\_done & out & 1 & std\_logic & Display & Signalisiert dass Daten anliegen \ZE
256 d\_char & out & 8 & character & Display & enth\"alt angeforderne Daten \ZE
258 p\_rw & in & 1 & std\_logic & Parser & 0 = read (Expression), 1 = write (Ergebnis) \ZE
259 p\_spalte & in & 7 & std\_logic\_vector & Parser & Spaltenadressierung (71 Zeichen inklusive \textbackslash 0) \ZE
260 p\_rget & in & 1 & std\_logic & Parser & Signalisiert Leseanforderung \ZE
261 p\_rdone & out & 1 & std\_logic & Parser & Signalisiert dass Daten anliegen \ZE
262 p\_read & in & 8 & character & Parser & enth\"alt angeforderne Daten \ZE
264 p\_wtake & in & 1 & std\_logic & Parser & Signalisiert Schreibanforderung \ZE
265 p\_wdone & out & 1 & std\_logic & Parser & Signalisiert dass Daten anliegen \ZE
266 p\_write & out & 8 & character & Parser & enth\"alt zu schreibende Daten \ZE
268 p\_finished & in & 1 & std\_logic & Parser & Auswertung fertig \ZE
273 \subsection{Verhalten der Interfaces}
274 \paragraph{Erlaubte Keyboard-Eingaben}
276 Als erlaubte Eingabetasten werden die Ziffern \emph{`0'} bis \emph{`9'} am Numpad, die Zeichen
277 \emph{`/'}, \emph{`*'}, \emph{`-'} und \emph{`+'} am Numpad, die beiden Enter-Tasten und die Backspace-Taste akzeptiert. Dabei wird auf jede gedrückte Taste nur einmal reagiert. Alle anderen Tasten auf der Tastatur werden ignoriert.
278 %warum nur numpad? weil / und * dann über eine shift-kombination erreicht werden müssen und die scancode-behandlung würd ich mir nicht antun wollen
279 %ob numlock gedrückt ist oder nicht sollt egal sein - ändert die scancodes nicht AFAIK
280 %wird auf eine taste wirklich nur einmal reagiert wenn man z.B. die 0 hält und CTRL drückt und wieder los lässt?
282 Während eine Berechnung durchgeführt wird, sind die Tastatureingaben wirkungslos.
284 %wie wärs mit einem easter egg...
286 \paragraph{Overflows}
287 Tritt ein Overflow während der Berechnung auf -- entweder in einem Zwischenergebnis, oder im
288 Endergebnis -- dann wird der Fehlerstring ``ERROR'' in der Ergebniszeile ausgegeben.
289 %TODO aufwendigere fehlermeldung? zb "ERROR: OVERFLOW"
291 \paragraph{Fehlerhafte Eingaben}
292 Entspricht eine zu berechnende Eingabezeile nicht dem Format der Regular Expression aus Requirement
293 Req.2, so wird der Fehlerstring ``ERROR'' in der Ergebniszeile ausgegeben.
294 %TODO aufwendigere fehlermeldung? zb "ERROR: FEHLERHAFTE EINGABE"
296 Liegt der Wert eines Zahlen-Literals außerhalb dem Wertebereich eines Signed Long, dann wird der
297 Fehlerstring ``ERROR'' am Bildschirm ausgegeben.
298 %TODO aufwendigere fehlermeldung? zb "ERROR: ZAHL ZU GROSS"
300 \paragraph{Bildschirm-Layout}
301 Die erste Berechnung nach dem Reset f\"angt links oben an. Die Eingabezeile wandert nach der Eingabe
302 von Berechnungen ``runter'', d.h. \"uber der aktuellen Eingabezeile befinden sich die Ein- bzw.
303 Ausgaben der vergangenen Berechnungen.
304 Wird das Ende des Bildschirms erreicht, so wird automatisch weitergescrollt (entsprechend
305 verschwinden dann vergangene Berechnungen inkl. Ergebnisse vom Bildschirm).
306 %TODO vielleicht in entsprechend ähnlichem requirement etwas abstrakter werden wie in der angabe
308 Die Eingabezeile wird ebenso dargestellt wie die Eingabe erfolgt ist (Leerzeichen werden dargestellt), von der ersten Textspalte bis zur 70.
309 %TODO vielleicht vor jede zeile präfix "IN3: " / "OUT3: "?
311 Alle Textausgaben sind in weißer Schrift dargestellt.
313 \paragraph{Fehlermeldungen}
314 Fehlermeldungen werden als Strings wie ein korrektes Ergebnis in die entsprechende Ausgabezeile geschrieben.
316 Fehlerhafte Eingaben und Fehlermeldungen werden ebenso am Bildschirm dargestellt wie korrekte. Bei
317 Abfrage der History \"uber RS232 werden daher auch fehlerhafte Ein- und Ausgaben dazugez\"ahlt.
320 Bei Drücken des Buttons \emph{A} wird eine einmalige Übertragung des History-Inhalts über
321 die RS232-Schnittstelle veranlasst.
322 Der Taster wird sowohl beim Drücken, als auch beim Loslassen entprellt mit einer Entprellzeit von 100ms.
325 Die Kommunikation über RS232 erfolgt über 8N1-Codierung ohne Handshake.
327 Bei Senden des Zeichens \emph{` \textbackslash n'} vom PC an den FPGA über die RS232 Schnittstelle wird
328 eine einmalige Übertragung des History-Inhalts über die RS232-Schnittstelle veranlasst, ebenso wie
329 beim Drücken des Buttons \emph{A}.
330 %oder doch ein anderes zeichen?
332 Der History Inhalt wird im ASCII Format über die RS232 Schnittstelle an den PC gesendet. Dabei wird
333 mit der 1. Eingabe begonnen, dann die 1. Ausgabe, die 2. Eingabe usw. Die aktuelle Eingabezeile
334 wird NICHT mit übertragen. Die Ein- und Ausgabezeilen werden nur bis zum letzten erlaubten
335 Eingabe- bzw. Ausgabezeichen gesendet. Nach jeder Zeile folgt ein \emph{` \textbackslash n'} Zeichen.
337 \subsection{Testf\"alle}
338 \tcc{$9*55*-6+3000/2-1-1-1*50\text{\textasciicircum B}00 = -1972 $}
339 Erf\"ullt \textbf{Req 1, 2, 3, 6}
341 \tcc{$9---2 \Rightarrow$ Err}
342 Erf\"ullt \textbf{Req 2}
344 \tcc{$-2147483648 + 1 = -2147483647$}
345 Erf\"ullt \textbf{Req 4}
347 \tcc{$-2147483649 + 1 \Rightarrow$ Err}
348 Erf\"ullt \textbf{Req 4}
350 \tcc{$2147483647 - 1 = 2147483646$}
351 Erf\"ullt \textbf{Req 4}
353 \tcc{$2147483644 + 100 \Rightarrow$ Err}
354 Erf\"ullt \textbf{Req 4}
356 \tcc{$1 +1 + 1 +1 + 1 +1 + 1 +1 + 1 +1 + 1 +1 + 1 +1 + 1 +1 + 1 +1 + 1 +1 + 2 +2 + 2 + 1
357 \Rightarrow$ ab dem ersten `2'er soll die Eingabe verweigert werden (man beachte die Leerzeichen)}
358 Erf\"ullt \textbf{Req 5}
360 \tcc{Es sollen 20 Rechnungen eingegeben werden (ob g\"ultig oder nicht spielt dabei keine Rolle).
361 Ab der 15. Berechnung soll ein Scrollen des Bildschirms festgestellt werden k\"onnen.}
362 Erf\"ullt \textbf{Req 7, 8, 9}
364 \tcc{Es sollen 52 Berechnungen der Art $i + i\text{<ENTER>}$ eingegeben werden, wobei $i$ der
365 aktuellen Berechnung entspricht. Danach soll eine RS232 \"Ubertragung (einmal per Button und einmal
366 per PC) in Gang gesetzt werden. Am PC sollen nur die letzten 50 Berechnungen ersichtlich sein.}
367 Erf\"ullt \textbf{Req 10, 11}
369 \section{Detailed Design Description}
371 siehe \textit{hwmod\_ipcores.pdf}
375 \includegraphics[width=0.9\textwidth]{sm/display.pdf}
377 \caption{Statemachine zum Anzeigen der Daten}
382 \item \textbf{idle}: In diesem Zustand wird die lokale Variable \emph{s}, die der Spaltenberechnung
383 dient, zur\"uckgesetzt.
384 \item \textbf{addr\_eingabe}: Das Modul weiss nun, dass eine neue Eingabe vorliegt, es wird daher
385 aufgefordert jenige zu aktualisieren. Daf\"ur wird nun die passende Zeile berechnet (mit Hilfe der
387 \item \textbf{addr\_ergebnis}: In diesem Zustand weiss das Modul, dass ein neues Resultat vorliegt,
388 es muss sich also nun die Zeilennummer mit Hilfe der internen Variable \emph{z} berechnen.
389 \item \textbf{read/put}: Hier wird Zeichen f\"ur Zeichen das von der berechneten Zeilen vom
390 History Modul angefordert und per VGA Modul auf den Bildschirm ausgegeben. F\"ur den Fall dass nicht
391 die vollen 71 Zeichen in der entsprechenden Zeile enthalten sind\footnote{ein String wird mit
392 \emph{` \textbackslash 0'} abgeschlossen}, wird der Rest der Zeile am Bildschirm mit dem Leerzeichen
393 \emph{` '} ausgef\"ullt.
397 Es soll eine Baudrate von 115200 bauds und die 8N1 Codierung (8bit Daten, keine Parity und ein
398 Stopbit) verwendet werden. Da das FPGA Design um ein Vielfaches schneller als 115200Hz \footnote{
399 n\"amlich $33.33$MHz} ist muss bei der Implementierung zus\"atzlich ein Taktgeber f\"ur das RS232
400 Modul implementiert werden um BT zu erzeugen (BT steht dabei f\"ur BitTime), das soll mit einem
401 Takteiler realisiert werden. Ausserdem ist zu beachten dass das LSB zuerst geschickt wird.
404 \includegraphics[width=0.9\textwidth]{sm/rs232-rs.pdf}
406 \caption{Statemachine des RS232 Modules zum Empfangen von Daten}
410 \item \textbf{idle}: die lokale Variable \emph{bc} wird zur\"uckgesetzt.
411 \item \textbf{read startbit}: Eine fallende Flanke auf \emph{rxd} signalisiert dass eine
412 Byte\"ubertragung beginnt.
413 \item \textbf{read}: In diesem State werden die Datenbits nacheinander \"uber \emph{rxd} empfangen.
414 \item \textbf{read stopbit}: Um das Ende einer Byte\"ubertragung zu signalisieren wird \emph{rxd}
415 auf high gesetzt. Dadurch weiss das RS232 Modul bescheid dass die Byte\"ubertragung zu ende ist und
416 kann dem PC-Kommunikation Modul signalisieren, dass ein Byte vollst\"andig empfangen wurde.
421 \includegraphics[width=0.9\textwidth]{sm/rs232-ts.pdf}
423 \caption{Statemachine des RS232 Modules zum Senden von Daten}
427 \item \textbf{idle}: die lokale Variable \emph{bc} wird zur\"uckgesetzt.
428 \item \textbf{write startbit}: Um eine \"Ubertragung in Gang zu setzen muss \emph{txd} auf low
430 \item \textbf{write}: In diesem State werden die Datenbits nacheinander an \emph{txd} angelegt.
431 \item \textbf{write stopbit}: Um das Ende einer Byte\"ubertragung zu signalisieren muss \emph{txd}
432 auf high gesetzt werden.
436 \subsection{PC-Kommunikation}
438 \includegraphics[width=0.7\textwidth]{sm/pckomm.pdf}
440 \caption{Statemachine f\"ur das Modul PC-Kommunikation}
445 \item \textbf{idle}: die internen Variablen \emph{z} und \emph{s} werden zur\"uck gesetzt. \emph{z}
446 wird als Zeilencounter verwendet und \emph{s} als Spaltencounter, da der interne Speicher nach und
447 nach vollst\"andig auf der seriellen Schnittstelle ausgegeben werden soll.
448 \item \textbf{nzeile}: Dieser Zustand wird erreicht wenn die Ausgabe auf die RS232 Schnittstelle
449 entweder durch den Button oder durch ein empfangen von einem Byte getriggert wird.
450 \item \textbf{rwbyte}: Es wird das Byte an der Stelle \emph{z}/\emph{s} ausgelesen und danach an das
451 RS232 Modul weitergegeben und zum PC \"ubertragen. Ist die \"Ubertragung abgeschlossen, wird der
452 Spaltencounter erh\"oht.
457 siehe \textit{hwmod\_ipcores.pdf}
461 \includegraphics[width=0.9\textwidth]{sm/scanner.pdf}
463 \caption{Statemachine zum Scannen des Inputs der PS/2 Schnittstelle}
468 \item \textbf{idle}: Setz alle Steuersignale \emph{backspace}, \emph{take} und \emph{do\_it} low.
469 \item \textbf{read}: Bei steigender Flanke auf \emph{new\_data} wird das anliegende Byte des
470 PS/2-Modules \"ubernommen. Je nach Wert wird in den n\"achsten Zustand gewechselt.
471 \item \textbf{enter}: Wurde die Entertaste gedr\"uckt wird der Parser getriggert (\emph{do\_it} ist
472 einen Takt lang high). Der Scanner befindet sich so lange in diesem Zustand bis der Parser das
473 Ergebnis berechnet hat.
474 \item \textbf{l\"oschen}: Teilt dem History Modul mit das letzte Zeichen im Buffer zu l\"oschen
475 (\emph{backspace} ist einen Takt lang high).
476 \item \textbf{mod}: Da wir nur Zeichen des Numpads \"ubernehmen wollen, ist dieser Zwischenstate
477 n\"otig, da Scancodes vom Numpad einen Modifier mitschicken (\emph{0xe0}).
478 \item \textbf{\"ubernehmen}: Wenn ein g\"ultiges Zeichen laut Requirements eingegeben wurde, wird
479 jenes Zeichen an \emph{char} angelegt und \emph{take} wird einen Takt lang high gesetzt. Das History
480 Modul wird dadurch getriggert das anliegende Zeichen in den Buffer zu \"ubernehmen.
486 \includegraphics[width=0.9\textwidth]{sm/parser.pdf}
488 \caption{Statemachine zum Parsen der aktuellen Expression}
508 if(aktop in ['+','-','\0']) {
511 while(calc_done == 0);
513 alu(ADD, punkt, strich);
516 else if (aktop in ['*','/']) {
526 if(aktop in ['+','-','\0']) {
529 else if (aktop in ['*','/']) {
536 \item \textbf{idle}: Das Modul ist unt\"atig und wartet auf eine steigende Flanke von \emph{do\_it}.
538 \item \textbf{read char}: Lokale Variablen werden zur\"uckgesetzt und das n\"achste Zeichen wird vom
539 History Modul angefordert.
541 \item \textbf{sign}: Ggf. wird das Vorzeichen auf '-' gesetzt.
543 \item \textbf{int}: Zeichen f\"ur Zeichen wird eingelesen und die Zahl wird daraus berechnet.
545 \item \textbf{calc}: Punkt- und Strichrechnungen m\"ussen getrennt behandelt werden, daher ergibt
546 sich dieses Konstrukt im Codebeispiel.
548 \item \textbf{null}: Sonderbehandlung ist n\"otig wenn die Expression mit '\textbackslash 0'
551 \item \textbf{done}: In diesem Zustand wird das Ergebnis das sich je nach \emph{opp} in
552 \emph{strich} oder \emph{punkt} befindet als String in den Ergebnisbuffer des History Modules
553 geschrieben und danach wird \emph{finished} f\"ur einen Zyklus auf high gesetzt.
555 \item \textbf{error}: Zwecks \"Ubersichtlichkeit wurden die Transitionen zu diesem Zustand
556 vernachl\"assigt. Dieser Zustand wird erreicht sobald ein Grammatikfehler oder ein Fehler der ALU
557 auftritt. Es wird der String ``Error'' in den Ergebnisbuffer geschrieben und
558 \emph{finished} wird f\"ur einen Zyklus auf high gesetzt.
564 \includegraphics[width=0.9\textwidth]{sm/alu.pdf}
566 \caption{Statemachine der ALU}
569 %TODO: eventuell zweierkomplement statt SUB?
570 Folgende Opcodes werden von uns als enum definiert:
572 NOP, SUB, ADD, MUL, DIV, DONE
574 wobei NOP und DONE von der ALU nicht bearbeitet werden sollen.
576 In jedem State wird die entsprechende Berechnungsart durchgef\"uhrt und danach der Abschluss der
577 Berechnung mit \emph{calc\_done} signalisiert. Wichtig zu beachten ist dabei, dass sich die
578 Rechenoperationen in der Ausf\"uhrungszeit unterscheiden k\"onnen.
582 Dieses Modul stellt die zentrale Speicherstelle f\"ur die verschiedenen Module da.
583 Die Idee ist dabei, dass intern ein RAM-Block mit mindestens der Gr\"o\ss{}e
584 $(50\cdot2)*(71) = 710$ Bytes verwaltet wird.
586 Das History Modul kann \"uber die angelegten Leitungen \emph{s\_take}, \emph{p\_rget},
587 \emph{p\_wdo}, \emph{pc\_get} bzw. \emph{d\_get} feststellen welches Modul\footnote{die
588 betreffendenen Module sind: Scanner, Parser, PC-Kommunikation und Display} eine Speicheranfrage
590 Der Zugriff der externen Module erfolgt priorisiert:
592 Scanner > Parser > PC-Kommunikation > Display
595 Weiters ist zu beachten, dass das History Modul f\"ur den Scanner und Parser intern einen Index
596 mitspeichern muss, der die Adresse der aktuellen Eingabe mitf\"uhrt. Mit Hilfe dieses Indexes plus
597 der Spaltenadressierung der Module kann die tats\"achliche Adresse f\"ur des internen RAM-Blockes
600 Ist das History Modul mit der Speicheranfrage fertig, wird das andere Modul \"uber die entsprechende
601 \emph{done}-Leitung benachrichtigt.
604 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
609 %howto include src files
610 %\subsection{einfache Variante -- generierter Sourcecode}
611 %\label{att:einfachsrc}
612 %\lstinputlisting{../einfach/einfach.src}
613 %\lstinputlisting[firstnumber=24, firstline=24, lastline=34]{bla.src} %firstnumber shouldn't be necessary, but there is probably a bug