Semaforo (#76)

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peripherals/semaforo/BCD_to_7seg_display.vhd

@@ -0,0 +1,42 @@
+-------------------------------------------------------------------
+-- Name        : BCD_to_7seg_display.vhd
+-- Author      : Elvis Fernandes
+-- Version     : 0.1
+-- Copyright   : Departamento de Eletrônica, Florianópolis, IFSC
+-- Description : Tarefa 11: subprogramas
+-- Date        : 11/07/2024
+-------------------------------------------------------------------
+--Implemente um pacote que contenha a função especificada abaixo.
+--Desenvolva usando a simulação.
+--Sintetize e teste no kit DE10-Lite.
+--Analise a quantidade de hardware utilizado no resultado da síntese.
+--Escreva uma função que faz a conversão de 4-bits BCD para display de 7-segmentos (0 a 0xF).
+--Use um vetor (array) constante para definir a tabela.
+--Escreve outra função que recebe um número de 8-bits e converte para dois diplays de 7 segmentos. Use a função acima.
+--Teste utilizando 2 displays de 7 segmentos e um contador síncrono.
+-------------------------------------------------------------------
+
+library IEEE;
+use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
+use IEEE.NUMERIC_STD.ALL;
+use work.bcd_to_7seg_pkg.all;
+
+entity BCD_to_7seg_display is
+    Port (
+        bcd_input : in  std_logic_vector(7 downto 0);
+        seven_seg_output_1 : out std_logic_vector(7 downto 0); -- Alterado para acomodar um display
+        seven_seg_output_2 : out std_logic_vector(7 downto 0) -- Alterado para acomodar um display
+    );
+end entity BCD_to_7seg_display;
+
+architecture Behavioral of BCD_to_7seg_display is
+begin
+    -- Atribui as saídas usando a função convert_8bits_to_dual_7seg
+    process(bcd_input)
+        variable result : std_logic_vector(15 downto 0);
+    begin
+        result := convert_8bits_to_dual_7seg(bcd_input);
+        seven_seg_output_1 <= result(15 downto 8);
+        seven_seg_output_2 <= result(7 downto 0);
+    end process;
+end architecture Behavioral;

peripherals/semaforo/BCD_to_7seg_display_tb.vhd

@@ -0,0 +1,59 @@
+-------------------------------------------------------------------
+-- Name        : BCD_to_7seg_display_tb.vhd
+-- Author      : Elvis Fernandes
+-- Version     : 0.1
+-- Copyright   : Departamento de Eletrônica, Florianópolis, IFSC
+-- Description : Tarefa 11: subprogramas
+-- Date        : 11/07/2024
+-------------------------------------------------------------------
+--Implemente um pacote que contenha a função especificada abaixo.
+--Desenvolva usando a simulação.
+--Sintetize e teste no kit DE10-Lite.
+--Analise a quantidade de hardware utilizado no resultado da síntese.
+--Escreva uma função que faz a conversão de 4-bits BCD para display de 7-segmentos (0 a 0xF).
+--Use um vetor (array) constante para definir a tabela.
+--Escreve outra função que recebe um número de 8-bits e converte para dois diplays de 7 segmentos. Use a função acima.
+--Teste utilizando 2 displays de 7 segmentos e um contador síncrono.
+-------------------------------------------------------------------
+
+library IEEE;
+use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
+use IEEE.NUMERIC_STD.ALL;
+use work.bcd_to_7seg_pkg.all;
+
+
+entity BCD_to_7seg_display_tb is
+end BCD_to_7seg_display_tb;
+
+architecture Behavioral of BCD_to_7seg_display_tb is
+    -- Declaração dos sinais para o teste
+    signal bcd_input : std_logic_vector(7 downto 0) := "00000000";
+    --signal seven_seg_output : std_logic_vector(15 downto 0);
+	signal seven_seg_output_1 : std_logic_vector(7 downto 0); -- Alterado para acomodar um display
+    signal seven_seg_output_2 : std_logic_vector(7 downto 0); -- Alterado para acomodar um display
+
+begin
+
+    -- Instanciação do componente a ser testado
+    UUT : entity work.BCD_to_7seg_display
+    port map (
+        bcd_input => bcd_input,
+        --seven_seg_output => seven_seg_output
+		seven_seg_output_1 => seven_seg_output_1,
+		seven_seg_output_2 => seven_seg_output_2
+    );
+
+    -- Processo de simulação
+    process
+    begin
+        -- Teste de cada número BCD de 0 a F
+        for i in 0 to 15 loop
+            bcd_input <= std_logic_vector(to_unsigned(i, bcd_input'length));
+            wait for 10 ns; -- Atraso para observar o resultado
+        end loop;
+
+        -- Finalização da simulação
+        wait;
+    end process;
+
+end Behavioral;

peripherals/semaforo/README.md

@@ -0,0 +1,198 @@
+# SEMÁFORO
+### Esta tarefa envolve a criação de um semáforo em VHDL baseada em máquina de estados com os seguintes funcionalidades:
+- Controle dos estados luzes de um semáforo (Red, Yellow e Green);
+- Contagem do número de pedestres (apenas no estado Red);
+- Contagem do número de carros (apenas nos estados Yellow e Green);
+- Exibição das luzes do semáforo, da contagem dos pedestres e carros, bem como do tempo de cada estado do semáforo.
+-------------------------------------------------------------------
+## 1 ESPECIFICAÇÕES
+### 1.1 PORTAS DE ENTRADA
+ - clk: Porta de entrada (interno) do tipo std_logic responsável pelo clock. 
+ - rst: Porta de entrada (interno) do tipo std_logic responsável pelo rst. 
+ - start: Porta de entrada (chave) do tipo std_logic responsável por iniciar o sistema. 
+ - carro: Porta de entrada (chave) do tipo std_logic responsável pela contagem de carros. 
+ - pedestre: Porta de entrada (chave) do tipo std_logic responsável pela contagem de pessoas. 
+
+### 1.2 PORTAS DE SAÍDA
+ - r1: Porta de saída (LED) do tipo std_logic responsável sinal vermelho do semáforo.
+ - y1: Porta de saída (LED) do tipo std_logic responsável sinal amarelo do semáforo.
+ - g1: Porta de saída (LED) do tipo std_logic responsável sinal verde do semáforo.
+ - ped_count: Porta de saída (DISPLAY 7 SEGMENTOS) do tipo unsigned responsável pela visualização da contagem de pedestres.
+ - car_count: Porta de saída (DISPLAY 7 SEGMENTOS) do tipo unsigned responsável pela visualização da contagem de carros.
+ - time_display: Porta de saída (DISPLAY 7 SEGMENTOS) do tipo unsigned responsável pela visualização do tempo de cada estado.
+ - visual_display: Porta de saída (DISPLAY 7 SEGMENTOS) do tipo unsigned responsável visualizar os segmentos.
+
+
+### 1.3 ESTADOS
+
+**STARTT**
+ - Estado STARTT criado com valor 0, para que ele vá para o estado IDLE imediatamente, garantindo com que o estado RED assuma o valor do estado IDLE;
+
+**IDLE**
+ - Estado IDLE para garantir a contagem total do estado RED.
+ - Sem o estado IDLE, o estado RED utiliza a mesma contagem de tempo IDLE No primeiro ciclo da máquina de estados.
+
+**RED**
+ - Deve ser contabilizado o tempo do estado e mostrado no display;
+ - Deve ser contabilizado quantas pessoas atravessam e mostrado no displaY;
+ - Não deve ser contabilizado quantas pessoas atravessam e mostrado no display;
+ - O tempo do estado deve ser decrementado e chegar até 0;
+ - Quando chegar em 0, o estado é alterado para o próximo estado.
+
+**YELLOW**
+ - Deve ser contabilizado o tempo do estado e mostrado no display;
+ - Não deve  ser contabilizado quantas pessoas atravessam;
+ - Deve  ser contabilizado o número de carros que passam e mostrado no display;
+ - O tempo do estado deve ser decrementado e chegar até 0;
+ - Quando chegar em 0, o estado é alterado para o próximo estado.
+
+**GREEN**
+ - Deve ser contabilizado o tempo do estado e mostrado no display;
+ - Não deve  ser contabilizado quantas pessoas atravessam e mostrado no display;
+ - Deve  ser contabilizado o número de carros que passam e mostrado no display;
+ - O tempo do estado deve ser decrementado e chegar até 0;
+ - Quando chegar em 0, o estado é alterado para o próximo estado.
+
+## 2 PINAGEM
+
+**Leds**
+ - LEDR (0) --> r1
+ - LEDR (1) --> y1
+ - LEDR (2) --> g1
+
+**Chaves**
+ - SW(0) --> start
+ - SW(1) --> rst
+ - SW(8) --> carro
+ - SW(9) --> pedestre
+
+**Displays**
+
+ - HEX0 --> ped_count.
+ - HEX1 --> car_count.
+ - HEX2 --> time_display.
+ - HEX4 --> segmentos de time_display (15 a 8).
+ - HEX5 --> segmentos de time_display (7 a 0).
+
+## 3 FUNCIONAMENTO
+
+ - 1) Simular no modelsim;
+ - 2) Gravar na placa;
+ - 3) Colocar rst em nivel ALTO;
+ - 4) Colocar rst em nivel BAIXO;
+ - 5) Colocar start em nivel ALTO;
+
+   **No primeiro ciclo da máquina de estados**
+ - Estado STARTT iniciado.  LEDR (0), LEDR (1) e LED (2) acesos; tempo 0 segundos.
+ - Estado IDLE iniciado.  Apenas LEDR (2) aceso; tempo estabelecido pelo estado RED; tempo 15 segundos.
+ - ESTADO YELLOW inicado. Apenas LEDR (1) aceso; tempo estabelecido pelo estado YELLOW; tempo 15 segundos.
+ - ESTADO GREEN inicado. Apenas LEDR (0) aceso; tempo estabelecido pelo estado GREEN; tempo 15 segundos.
+
+   **No segundo ciclo da máquina de estados**
+ - Estado RED iniciado.  Apenas LEDR (2) aceso; tempo estabelecido pelo estado RED; tempo 15 segundos.
+ - Estado YELLOW iniciado.  Apenas LEDR (1) aceso; tempo estabelecido pelo estado YELLOW; tempo 15 segundos.
+ - Estado GREEN iniciado.  Apenas LEDR (0) aceso; tempo estabelecido pelo estado GREEN; tempo 15 segundos.
+
+## 4 SIMULAÇÃO SEMÁFORO
+ - 1) Abrir o software Modelsim
+ - 2) cd C:/Users/elvis/OneDrive/Documentos/projeto_final/riscv-multicycle-master/riscv-multicycle-master/peripherals/semaforo
+ - 3) do tb.do
+ - 4) Imagens da simulação
+
+No primeiro ciclo da máquina de estados.
+![Simulação](/peripherals/semaforo/simulacao.png)
+
+A partir do segundo ciclo da máquina de estados.
+![Simulação](/peripherals/semaforo/simulacao2.png)
+
+## 5 SUBPROGRAMAS
+Os subprogramas possuem as seguintes especificações:
+- Função que faz a conversão de 4-bits BCD para display de 7-segmentos (0 a 0xF).
+- Função que recebe um número de 8-bits e converte para dois diplays de 7 segmentos.
+- Tabela de conversão de BCD para display de 7 segmentos
+- Um vetor (array) constante para definir a tabela.
+- Atribuição das saídas usando a função convert_8bits_to_dual_7seg.
+
+Os arquivos utilizados nos subprogramas são:
+- BCD_to_7seg_display.vhd
+- bcd_to_7seg_pkg.vhd
+- BCD_to_7seg_display_tb.vhd
+- do_BCD_to_7seg_display.do
+
+Simulação dos Subprogramas:
+
+ - 1) Abrir o software Modelsim
+ - 2) cd C:/Users/elvis/OneDrive/Documentos/projeto_final/riscv-multicycle-master/riscv-multicycle-master/peripherals/semaforo
+ - 3) do_BCD_to_7seg_display.do
+ - 4) Imagem da simulação
+
+![Simulação](/peripherals/semaforo/simulacao3.png)
+
+## 6 SÍNTESE
+O arquivo de síntese é denominado de_10_lite.vhd e é composto de:
+
+- Pacote de conversão BCD para 7 segmentos (USE work.bcd_to_7seg_pkg.all;)
+- Sinais para o semáforo e contadores
+- Sinais para os displays de 7 segmentos
+- Sinal para o divisor de clock (clk_div)
+- Divisor de Clock para gerar um sinal de clock mais lento
+- Instância do DUT (Design Under Test) do semáforo
+- Processo para converter os valores de contagem para displays de 7 segmentos (ped_count, car_count, time_display, visual_display)
+- Atribuição dos valores convertidos aos displays
+- Sincronizar o valor de time_display a visual_display_test
+- Processo para controlar o displays HEX4 e HEX5 com base no valor de visual_display_test
+
+Compilação Síntese
+- 1) Abrir o software Quartus Prime
+- 2) Assignments >> Settings... >> ... >> Apply >> OK
+- 3) Adicionar: 
+  - semaforo.vhd
+  - BCD_to_7seg_display.vhd
+  - bcd_to_7seg_pkg.vhd
+
+![Sintese](/peripherals/semaforo/sintese.png)
+
+- 4) Compilação (control + L):
+![Sintese](/peripherals/semaforo/compilacao.png)
+
+## 7 GRAVAÇÃO
+              
+- Tools >> Programmer >> Start
+
+ ![Sintese](/peripherals/semaforo/programmer.png)
+
+ ## 8 Make - Procedimento Windows
+
+1 - Abril power shell como administrador e digitar:
+
+Set-ExecutionPolicy Bypass -Scope Process -Force; [System.Net.ServicePointManager]::SecurityProtocol = [System.Net.ServicePointManager]::SecurityProtocol -bor 3072; iex ((New-Object System.Net.WebClient).DownloadString('https://community.chocolatey.org/install.ps1'))
+
+
+2 - choco install make
+
+3 - make --version
+
+GNU Make 4.4.1
+Built for Windows32
+Copyright (C) 1988-2023 Free Software Foundation, Inc.
+License GPLv3+: GNU GPL version 3 or later <https://gnu.org/licenses/gpl.html>
+This is free software: you are free to change and redistribute it.
+There is NO WARRANTY, to the extent permitted by law.
+PS C:\Windows\system32>
+
+4 - make
+
+elvis@DESKTOP-FDIHVVJ MINGW64 ~/OneDrive/Documentos/projeto_final/riscv-multicycle-master/riscv-multicycle-master/software
+$ make
+../compiler/gcc/bin/riscv-none-embed-objcopy -O verilog blink.elf blink.tmp
+../compiler/gcc/bin/riscv-none-embed-objdump -h -S blink.elf > "blink.lss"
+python hex8tohex32.py blink.tmp > blink32.hex
+python hex8tointel.py blink.tmp > quartus_blink.hex
+rm blink32.hex
+
+ ![make](/peripherals/semaforo/make.png)
+
+  ## 9 Video - YOUTUBE - Demonstração
+
+  https://www.youtube.com/watch?v=rF7BGWolLLM
+

peripherals/semaforo/bcd_to_7seg_pkg.vhd

@@ -0,0 +1,79 @@
+-------------------------------------------------------------------
+-- Name        : bcd_to_7seg_pkg.vhd
+-- Author      : Elvis Fernandes
+-- Version     : 0.1
+-- Copyright   : Departamento de Eletrônica, Florianópolis, IFSC
+-- Description : Tarefa 11: subprogramas
+-- Date        : 11/07/2024
+-------------------------------------------------------------------
+--Implemente um pacote que contenha a função especificada abaixo.
+--Desenvolva usando a simulação.
+--Sintetize e teste no kit DE10-Lite.
+--Analise a quantidade de hardware utilizado no resultado da síntese.
+--Escreva uma função que faz a conversão de 4-bits BCD para display de 7-segmentos (0 a 0xF).
+--Use um vetor (array) constante para definir a tabela.
+--Escreve outra função que recebe um número de 8-bits e converte para dois diplays de 7 segmentos. Use a função acima.
+--Teste utilizando 2 displays de 7 segmentos e um contador síncrono.
+-------------------------------------------------------------------
+
+library IEEE;
+use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
+use IEEE.NUMERIC_STD.ALL;
+
+package bcd_to_7seg_pkg is
+    -- Tabela de conversão de BCD para display de 7 segmentos
+    type seg_array is array (natural range 0 to 15) of std_logic_vector(7 downto 0);
+
+    constant bcd_to_7seg_table : seg_array :=
+        (0 => "11000000", -- 0
+         1 => "11111001", -- 1
+         2 => "10100100", -- 2
+         3 => "10110000", -- 3
+         4 => "10011001", -- 4
+         5 => "10010010", -- 5
+         6 => "10000010", -- 6
+         7 => "11111000", -- 7
+         8 => "10000000", -- 8
+         9 => "10010000", -- 9
+         10 => "10001000", -- A
+         11 => "10000011", -- B
+         12 => "11000110", -- C
+         13 => "10100001", -- D
+         14 => "10000110", -- E
+         15 => "10001110");-- F
+
+    -- Função para converter um número BCD de 4 bits para um display de 7 segmentos
+    function bcd_to_7seg(bcd_input : std_logic_vector(3 downto 0)) return std_logic_vector;
+
+    -- Tamanho dos vetores de entrada e saída
+    constant input_width : integer := 8;
+    constant output_width : integer := 16;
+
+    -- Tipos para os vetores de entrada e saída
+    subtype input_vector is std_logic_vector(input_width - 1 downto 0);
+    subtype output_vector is std_logic_vector(output_width - 1 downto 0);
+
+    -- Função para converter um número de 8 bits para dois displays de 7 segmentos
+    function convert_8bits_to_dual_7seg(input_value : input_vector) return output_vector;
+end bcd_to_7seg_pkg;
+
+package body bcd_to_7seg_pkg is
+    -- Implementação da função para converter um número BCD de 4 bits para um display de 7 segmentos
+    function bcd_to_7seg(bcd_input : std_logic_vector(3 downto 0)) return std_logic_vector is
+    begin
+        return bcd_to_7seg_table(to_integer(unsigned(bcd_input)));
+    end function;
+
+    -- Implementação da função para converter um número de 8 bits para dois displays de 7 segmentos
+    function convert_8bits_to_dual_7seg(input_value : input_vector) return output_vector is
+        variable result : output_vector;
+    begin
+        -- Converte os primeiros 4 bits para o primeiro display de 7 segmentos
+        result(15 downto 8) := bcd_to_7seg(input_value(7 downto 4));
+
+        -- Converte os últimos 4 bits para o segundo display de 7 segmentos
+        result(7 downto 0) := bcd_to_7seg(input_value(3 downto 0));
+
+        return result;
+    end function;
+end bcd_to_7seg_pkg;