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 & inout & 32 & SIGNED(32-1 downto 0) & ALU & zweite Operand und gleichzeitig der Zieloperand \ZE
213 do\_calc & out & 1 & std\_logic & ALU & Signalisert Berechnungstart \ZE
214 calc\_done & in & 1 & std\_logic & ALU & Berechnung fertig \ZE
216 do\_it & in & 1 & std\_logic & Scanner & Auswertung beginnen (ENTER) \ZE
217 finished & out & 1 & std\_logic & Scanner & Auswertung fertig \ZE
222 %Führt die tatsächlichen Berechnungen von Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division durch
224 opcode & in & 3 & enum OPS & Parser & die auszuf\"uhrende Art der Berechnung \ZE
225 op1 & in & 32 & SIGNED(32-1 downto 0) & Parser & erste Operand \ZE
226 op2 & inout & 32 & SIGNED(32-1 downto 0) & Parser & zweite Operand und gleichzeitig der Zieloperand \ZE
227 do\_calc & in & 1 & std\_logic & Parser & Signalisert Berechnungstart \ZE
228 calc\_done & out & 1 & std\_logic & Parser & Berechnung fertig \ZE
232 \subsubsection{History}
233 %Verwaltung des dahinterliegenden Buffers von vergangenen Berechnungen und der aktuellen
234 %Eingabezeile, bei Aktualisierung der aktuellen Eingabezeile und bei Empfang eines Ergebnisses vom
235 %Parser Modul signalisiert es das an das Display Modul
237 pc\_zeile & in & 7 & std\_logic\_vector & PC-Kommunikation & Zeilenadressierung (50 * 2 Zeilen = 100)\ZE
238 pc\_spalte & in & 7 & std\_logic\_vector & PC-Kommunikation & Spaltenadressierung (71 Zeichen inklusive \textbackslash 0) \ZE
239 pc\_get & in & 1 & std\_logic & PC-Kommunikation & Signalisiert Speicheranforderung \ZE
240 pc\_done & out & 1 & std\_logic & PC-Kommunikation & Signalisiert dass Daten anliegen \ZE
241 pc\_char & out & 8 & character & PC-Kommunikation & enth\"alt angeforderne Daten \ZE
243 s\_char & in & 8 & character & Scanner & Zeichen das vom Scanner Modul \"ubernommen werden soll \ZE
244 s\_take & in & 1 & std\_logic & Scanner & Signalisiert Datenfeld char \ZE
245 s\_done & out & 1 & std\_logic & Scanner & Signalisiert die \"Ubernahme der Daten \ZE
246 s\_backspace & in & 1 & std\_logic & Scanner & Signalisiert Backspace (letztes Zeichen im Buffer soll gel\"oscht werden) \ZE
248 d\_new\_eingabe & out & 1 & std\_logic & Display & Fordert Display auf die Eingabe auszulesen \ZE
249 d\_new\_result & out & 1 & std\_logic & Display & Fordert Display auf das Ergebnis auszulesen \ZE
250 d\_zeile & in & 5 & std\_logic\_vector & Display & Zeilenadressierung ($2 * 15$ Zeilen $=30$) \ZE
251 d\_spalte & in & 7 & std\_logic\_vector & Display & Spaltenadressierung (71 Zeichen inklusive \textbackslash 0) \ZE
252 d\_get & in & 1 & std\_logic & Display & Signalisiert Speicheranforderung \ZE
253 d\_done & out & 1 & std\_logic & Display & Signalisiert dass Daten anliegen \ZE
254 d\_char & out & 8 & character & Display & enth\"alt angeforderne Daten \ZE
256 p\_rw & in & 1 & std\_logic & Parser & 0 = read (Expression), 1 = write (Ergebnis) \ZE
257 p\_spalte & in & 7 & std\_logic\_vector & Parser & Spaltenadressierung (71 Zeichen inklusive \textbackslash 0) \ZE
258 p\_rget & in & 1 & std\_logic & Parser & Signalisiert Leseanforderung \ZE
259 p\_rdone & out & 1 & std\_logic & Parser & Signalisiert dass Daten anliegen \ZE
260 p\_read & in & 8 & character & Parser & enth\"alt angeforderne Daten \ZE
262 p\_wtake & in & 1 & std\_logic & Parser & Signalisiert Schreibanforderung \ZE
263 p\_wdone & out & 1 & std\_logic & Parser & Signalisiert dass Daten anliegen \ZE
264 p\_write & out & 8 & character & Parser & enth\"alt zu schreibende Daten \ZE
266 p\_finished & in & 1 & std\_logic & Parser & Auswertung fertig \ZE
271 \subsection{Verhalten der Interfaces}
272 \paragraph{Erlaubte Keyboard-Eingaben}
274 Als erlaubte Eingabetasten werden die Ziffern \emph{`0'} bis \emph{`9'} am Numpad, die Zeichen
275 \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.
276 %warum nur numpad? weil / und * dann über eine shift-kombination erreicht werden müssen und die scancode-behandlung würd ich mir nicht antun wollen
277 %ob numlock gedrückt ist oder nicht sollt egal sein - ändert die scancodes nicht AFAIK
278 %wird auf eine taste wirklich nur einmal reagiert wenn man z.B. die 0 hält und CTRL drückt und wieder los lässt?
280 Während eine Berechnung durchgeführt wird, sind die Tastatureingaben wirkungslos.
282 %wie wärs mit einem easter egg...
284 \paragraph{Overflows}
285 Tritt ein Overflow während der Berechnung auf -- entweder in einem Zwischenergebnis, oder im
286 Endergebnis -- dann wird der Fehlerstring ``ERROR'' in der Ergebniszeile ausgegeben.
287 %TODO aufwendigere fehlermeldung? zb "ERROR: OVERFLOW"
289 \paragraph{Fehlerhafte Eingaben}
290 Entspricht eine zu berechnende Eingabezeile nicht dem Format der Regular Expression aus Requirement
291 Req.2, so wird der Fehlerstring ``ERROR'' in der Ergebniszeile ausgegeben.
292 %TODO aufwendigere fehlermeldung? zb "ERROR: FEHLERHAFTE EINGABE"
294 Liegt der Wert eines Zahlen-Literals außerhalb dem Wertebereich eines Signed Long, dann wird der
295 Fehlerstring ``ERROR'' am Bildschirm ausgegeben.
296 %TODO aufwendigere fehlermeldung? zb "ERROR: ZAHL ZU GROSS"
298 \paragraph{Bildschirm-Layout}
299 Die erste Berechnung nach dem Reset f\"angt links oben an. Die Eingabezeile wandert nach der Eingabe
300 von Berechnungen ``runter'', d.h. \"uber der aktuellen Eingabezeile befinden sich die Ein- bzw.
301 Ausgaben der vergangenen Berechnungen.
302 Wird das Ende des Bildschirms erreicht, so wird automatisch weitergescrollt (entsprechend
303 verschwinden dann vergangene Berechnungen inkl. Ergebnisse vom Bildschirm).
304 %TODO vielleicht in entsprechend ähnlichem requirement etwas abstrakter werden wie in der angabe
306 Die Eingabezeile wird ebenso dargestellt wie die Eingabe erfolgt ist (Leerzeichen werden dargestellt), von der ersten Textspalte bis zur 70.
307 %TODO vielleicht vor jede zeile präfix "IN3: " / "OUT3: "?
309 Alle Textausgaben sind in weißer Schrift dargestellt.
311 \paragraph{Fehlermeldungen}
312 Fehlermeldungen werden als Strings wie ein korrektes Ergebnis in die entsprechende Ausgabezeile geschrieben.
314 Fehlerhafte Eingaben und Fehlermeldungen werden ebenso am Bildschirm dargestellt wie korrekte. Bei Abfrage der History über RS232 werden daher auch fehlerhafte Ein- und Ausgaben dazugezählt.
317 Bei Drücken des Buttons \emph{A} wird eine einmalige Übertragung des History-Inhalts über
318 die RS232-Schnittstelle veranlasst.
319 Der Taster wird sowohl beim Drücken, als auch beim Loslassen entprellt mit einer Entprellzeit von 100ms.
322 Die Kommunikation über RS232 erfolgt über 8N1-Codierung ohne Handshake.
324 Bei Senden des Zeichens \emph{` \textbackslash n'} vom PC an den FPGA über die RS232 Schnittstelle wird
325 eine einmalige Übertragung des History-Inhalts über die RS232-Schnittstelle veranlasst, ebenso wie
326 beim Drücken des Buttons \emph{A}.
327 %oder doch ein anderes zeichen?
329 Der History Inhalt wird im ASCII Format über die RS232 Schnittstelle an den PC gesendet. Dabei wird
330 mit der 1. Eingabe begonnen, dann die 1. Ausgabe, die 2. Eingabe usw. Die aktuelle Eingabezeile
331 wird NICHT mit übertragen. Die Ein- und Ausgabezeilen werden nur bis zum letzten erlaubten
332 Eingabe- bzw. Ausgabezeichen gesendet. Nach jeder Zeile folgt ein \emph{` \textbackslash n'} Zeichen.
333 %TODO das format hat irgendwie anders geheißen bild ich mir ein
334 %oder doch immer die volle zeilenlänge von 70 zeichen senden weil einfacher?
337 \subsection{Testfälle}
339 alle requirements muessen von testfaellen abgedeckt werden!
341 %29 zeilen am bildschirm
344 \section{Detailed Design Description}
346 siehe \textit{hwmod\_ipcores.pdf}
350 \includegraphics[width=0.9\textwidth]{sm/display.pdf}
352 \caption{Statemachine zum Anzeigen der Daten}
357 \item \textbf{idle}: In diesem Zustand wird die lokale Variable \emph{s}, die der Spaltenberechnung
358 dient, zur\"uckgesetzt.
359 \item \textbf{addr\_eingabe}: Das Modul weiss nun, dass eine neue Eingabe vorliegt, es wird daher
360 aufgefordert jenige zu aktualisieren. Daf\"ur wird nun die passende Zeile berechnet (mit Hilfe der
362 \item \textbf{addr\_ergebnis}: In diesem Zustand weiss das Modul, dass ein neues Resultat vorliegt,
363 es muss sich also nun die Zeilennummer mit Hilfe der internen Variable \emph{z} berechnen.
364 \item \textbf{read/put}: Hier wird Zeichen f\"ur Zeichen das von der berechneten Zeilen vom
365 History Modul angefordert und per VGA Modul auf den Bildschirm ausgegeben. F\"ur den Fall dass nicht
366 die vollen 71 Zeichen in der entsprechenden Zeile enthalten sind\footnote{ein String wird mit
367 \emph{` \textbackslash 0'} abgeschlossen}, wird der Rest der Zeile am Bildschirm mit dem Leerzeichen
368 \emph{` '} ausgef\"ullt.
372 Es soll eine Baudrate von 115200 bauds und die 8N1 Codierung (8bit Daten, keine Parity und ein
373 Stopbit) verwendet werden. Da das FPGA Design um ein Vielfaches schneller als 115200Hz \footnote{
374 n\"amlich $33.33$MHz} ist muss bei der Implementierung zus\"atzlich ein Taktgeber f\"ur das RS232
375 Modul implementiert werden um BT zu erzeugen (BT steht dabei f\"ur BitTime), das soll mit einem
376 Takteiler realisiert werden. Ausserdem ist zu beachten dass das LSB zuerst geschickt wird.
379 \includegraphics[width=0.9\textwidth]{sm/rs232-rs.pdf}
381 \caption{Statemachine des RS232 Modules zum Empfangen von Daten}
385 \item \textbf{idle}: die lokale Variable \emph{bc} wird zur\"uckgesetzt.
386 \item \textbf{read startbit}: Eine fallende Flanke auf \emph{rxd} signalisiert dass eine
387 Byte\"ubertragung beginnt.
388 \item \textbf{read}: In diesem State werden die Datenbits nacheinander \"uber \emph{rxd} empfangen.
389 \item \textbf{read stopbit}: Um das Ende einer Byte\"ubertragung zu signalisieren wird \emph{rxd}
390 auf high gesetzt. Dadurch weiss das RS232 Modul bescheid dass die Byte\"ubertragung zu ende ist und
391 kann dem PC-Kommunikation Modul signalisieren, dass ein Byte vollst\"andig empfangen wurde.
396 \includegraphics[width=0.9\textwidth]{sm/rs232-ts.pdf}
398 \caption{Statemachine des RS232 Modules zum Senden von Daten}
402 \item \textbf{idle}: die lokale Variable \emph{bc} wird zur\"uckgesetzt.
403 \item \textbf{write startbit}: Um eine \"Ubertragung in Gang zu setzen muss \emph{txd} auf low
405 \item \textbf{write}: In diesem State werden die Datenbits nacheinander an \emph{txd} angelegt.
406 \item \textbf{write stopbit}: Um das Ende einer Byte\"ubertragung zu signalisieren muss \emph{txd}
407 auf high gesetzt werden.
411 \subsection{PC-Kommunikation}
413 \includegraphics[width=0.7\textwidth]{sm/pckomm.pdf}
415 \caption{Statemachine f\"ur das Modul PC-Kommunikation}
420 \item \textbf{idle}: die internen Variablen \emph{z} und \emph{s} werden zur\"uck gesetzt. \emph{z}
421 wird als Zeilencounter verwendet und \emph{s} als Spaltencounter, da der interne Speicher nach und
422 nach vollst\"andig auf der seriellen Schnittstelle ausgegeben werden soll.
423 \item \textbf{nzeile}: Dieser Zustand wird erreicht wenn die Ausgabe auf die RS232 Schnittstelle
424 entweder durch den Button oder durch ein empfangen von einem Byte getriggert wird.
425 \item \textbf{rwbyte}: Es wird das Byte an der Stelle \emph{z}/\emph{s} ausgelesen und danach an das
426 RS232 Modul weitergegeben und zum PC \"ubertragen. Ist die \"Ubertragung abgeschlossen, wird der
427 Spaltencounter erh\"oht.
432 siehe \textit{hwmod\_ipcores.pdf}
436 \includegraphics[width=0.9\textwidth]{sm/scanner.pdf}
438 \caption{Statemachine zum Scannen des Inputs der PS/2 Schnittstelle}
443 \item \textbf{idle}: Setz alle Steuersignale \emph{backspace}, \emph{take} und \emph{do\_it} low.
444 \item \textbf{read}: Bei steigender Flanke auf \emph{new\_data} wird das anliegende Byte des
445 PS/2-Modules \"ubernommen. Je nach Wert wird in den n\"achsten Zustand gewechselt.
446 \item \textbf{enter}: Wurde die Entertaste gedr\"uckt wird der Parser getriggert (\emph{do\_it} ist
447 einen Takt lang high). Der Scanner befindet sich so lange in diesem Zustand bis der Parser das
448 Ergebnis berechnet hat.
449 \item \textbf{l\"oschen}: Teilt dem History Modul mit das letzte Zeichen im Buffer zu l\"oschen
450 (\emph{backspace} ist einen Takt lang high).
451 \item \textbf{mod}: Da wir nur Zeichen des Numpads \"ubernehmen wollen, ist dieser Zwischenstate
452 n\"otig, da Scancodes vom Numpad einen Modifier mitschicken (\emph{0xe0}).
453 \item \textbf{\"ubernehmen}: Wenn ein g\"ultiges Zeichen laut Requirements eingegeben wurde, wird
454 jenes Zeichen an \emph{char} angelegt und \emph{take} wird einen Takt lang high gesetzt. Das History
455 Modul wird dadurch getriggert das anliegende Zeichen in den Buffer zu \"ubernehmen.
461 \includegraphics[width=0.9\textwidth]{sm/parser.pdf}
463 \caption{Statemachine zum Parsen der aktuellen Expression}
483 if(aktop in ['+','-','\0']) {
486 while(calc_done == 0);
488 alu(ADD, punkt, strich);
491 else if (aktop in ['*','/']) {
501 if(aktop in ['+','-','\0']) {
504 else if (aktop in ['*','/']) {
511 \item \textbf{idle}: Das Modul ist unt\"atig und wartet auf eine steigende Flanke von \emph{do\_it}.
513 \item \textbf{read char}: Lokale Variablen werden zur\"uckgesetzt und das n\"achste Zeichen wird vom
514 History Modul angefordert.
516 \item \textbf{sign}: Ggf. wird das Vorzeichen auf '-' gesetzt.
518 \item \textbf{int}: Zeichen f\"ur Zeichen wird eingelesen und die Zahl wird daraus berechnet.
520 \item \textbf{calc}: Punkt- und Strichrechnungen m\"ussen getrennt behandelt werden, daher ergibt
521 sich dieses Konstrukt im Codebeispiel.
523 \item \textbf{null}: Sonderbehandlung ist n\"otig wenn die Expression mit '\textbackslash 0'
526 \item \textbf{done}: In diesem Zustand wird das Ergebnis das sich je nach \emph{opp} in
527 \emph{strich} oder \emph{punkt} befindet als String in den Ergebnisbuffer des History Modules
528 geschrieben und danach wird \emph{finished} f\"ur einen Zyklus auf high gesetzt.
530 \item \textbf{error}: Zwecks \"Ubersichtlichkeit wurden die Transitionen zu diesem Zustand
531 vernachl\"assigt. Dieser Zustand wird erreicht sobald ein Grammatikfehler oder ein Fehler der ALU
532 auftritt. Es wird der String ``Error'' in den Ergebnisbuffer geschrieben und
533 \emph{finished} wird f\"ur einen Zyklus auf high gesetzt.
539 \includegraphics[width=0.9\textwidth]{sm/alu.pdf}
541 \caption{Statemachine der ALU}
544 %TODO: eventuell zweierkomplement statt SUB?
545 Folgende Opcodes werden von uns als enum definiert:
547 NOP, SUB, ADD, MUL, DIV, DONE
549 wobei NOP und DONE von der ALU nicht bearbeitet werden sollen.
551 In jedem State wird die entsprechende Berechnungsart durchgef\"uhrt und danach der Abschluss der
552 Berechnung mit \emph{calc\_done} signalisiert. Wichtig zu beachten ist dabei, dass sich die
553 Rechenoperationen in der Ausf\"uhrungszeit unterscheiden k\"onnen.
557 Dieses Modul stellt die zentrale Speicherstelle f\"ur die verschiedenen Module da.
558 Die Idee ist dabei, dass intern ein RAM-Block mit mindestens der Gr\"o\ss{}e
559 $(50\cdot2)*(71) = 710$ Bytes verwaltet wird.
561 Das History Modul kann \"uber die angelegten Leitungen \emph{s\_take}, \emph{p\_rget},
562 \emph{p\_wdo}, \emph{pc\_get} bzw. \emph{d\_get} feststellen welches Modul\footnote{die
563 betreffendenen Module sind: Scanner, Parser, PC-Kommunikation und Display} eine Speicheranfrage
565 Der Zugriff der externen Module erfolgt priorisiert:
567 Scanner > Parser > PC-Kommunikation > Display
570 Weiters ist zu beachten, dass das History Modul f\"ur den Scanner und Parser intern einen Index
571 mitspeichern muss, der die Adresse der aktuellen Eingabe mitf\"uhrt. Mit Hilfe dieses Indexes plus
572 der Spaltenadressierung der Module kann die tats\"achliche Adresse f\"ur des internen RAM-Blockes
575 Ist das History Modul mit der Speicheranfrage fertig, wird das andere Modul \"uber die entsprechende
576 \emph{done}-Leitung benachrichtigt.
579 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
584 %howto include src files
585 %\subsection{einfache Variante -- generierter Sourcecode}
586 %\label{att:einfachsrc}
587 %\lstinputlisting{../einfach/einfach.src}
588 %\lstinputlisting[firstnumber=24, firstline=24, lastline=34]{bla.src} %firstnumber shouldn't be necessary, but there is probably a bug