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Declaração simultânea Parbegin/Parend


Em linguagens de descrição de hardware como VHDL, uma instrução simultânea "pai" é usada para estabelecer uma estrutura de design hierárquica. Permite a criação e gerenciamento de diversos processos dentro de uma única organização.

Uma ilustração de uma instrução simultânea pai é a seguinte -

entity my_entity is
   port (
      clk: in std_logic;
      reset: in std_logic;
      data_in: in std_logic_vector(7 downto 0);
      data_out: out std_logic_vector(7 downto 0)
   );
end entity;
 
architecture behavioral of my_entity is
begin
   -- Parent Concurrent Statement
   parent_process: process(clk, reset)
   begin
      if reset = '1' then
         -- Reset condition
         data_out <_edge(clk) then
         -- Child process 1
         child1_process: process(data_in)
         begin
         -- some logic using data_in
         data_out(0) <= data_in(0);
         data_out(1) <= not data_in(1);
         end process;
            
         -- Child process 2
         child2_process: process(data_in)
         begin
         -- some logic using data_in
         data_out(2) <= data_in(2);
         data_out(3) <= not data_in(3);
         end process;
      end if;
   end process;
end architecture;

Um processo pai com o nome parent_process existe no código acima. Mudanças nos sinais clk e reset iniciam esse processo.

O sinal data_out é definido como zero se o sinal de reset for forte. Dois processos filhos, child1_process e child2_process, são formados quando o sinal de reset é baixo e clk tem uma borda ascendente.

Cada um dos dois processos filhos é iniciado quando o sinal data_in muda. Eles usam data_in para fazer algum processamento e fornecer valores para bits específicos do sinal data_out.

Execução gradual do código

  • As portas de entrada e saída são definidas para a entidade my_entity.

  • O processo pai é criado e recebe o nome parent_process de acordo com a definição comportamental arquitetural.

  • Os sinais clk e reset fazem com que o processo pai seja executado.

  • O sinal data_out é definido como zero se o sinal de reset for forte.

  • Dois processos filhos, child1_process e child2_process, são formados quando o sinal de reset é baixo e clk tem uma borda ascendente.

  • Data_in é usado pelos processos filhos para executar alguma lógica quando o sinal data_in muda.

  • bits específicos do sinal data_out.

  • Até que outro evento desencadeador aconteça, o processo pai continua a executar o código.

Como construir uma instrução simultânea Parentd?

Um conceito de programação simultânea chamado parbegin permite que diversas atividades ou processos sejam executados simultaneamente. Ele separa o código em seções que podem ser executadas de forma simultânea e independente. Dependendo da plataforma ou linguagem de programação utilizada, o comportamento específico do parbegin pode mudar. Se o parbegin for usado de forma descuidada, poderá resultar em situações de corrida e outros problemas de simultaneidade.

A palavra-chave “generate”, que é seguida por um rótulo e delimitada pelas palavras-chave “begin” e “end”, designa a instrução simultânea pai. Instruções "If", loops "for" e instruções "case" são instruções simultâneas adicionais que podem ser introduzidas. Uma ilustração de uma instrução simultânea pai é a seguinte -

Sintaxe

gen_label: generate
   for i in 0 to 3 generate
      process_clk: process (clk)
      begin
         if rising_edge(clk) then
         -- do something
         end if;
      end process process_clk;
   end generate gen_label;

Vantagens e desvantagens da instrução simultânea Parend

As instruções simultâneas pai oferecem muitos benefícios, mas também existem algumas possíveis desvantagens das quais os designers precisam estar cientes. O uso de instruções simultâneas pai pode ter as seguintes desvantagens -

Desvantagens

Problemas de tempo

As dependências de tempo entre operações simultâneas podem ser difíceis de lidar. Um processo pode precisar aguardar a conclusão de outro processo antes de poder começar, por exemplo, se depender da saída de outro processo. Para garantir o funcionamento adequado, estas restrições temporais podem ser introduzidas e devem ser cuidadosamente geridas.

Aumento do consumo de recursos

Vários processos em execução ao mesmo tempo podem consumir mais memória e tempo de processador. O projeto pode utilizar mais recursos em geral se houver muito mais procedimentos do que o necessário.

Paralelismo limitado

Embora as instruções concorrentes pai permitam a execução de processos em paralelo, a quantidade de paralelismo pode ser limitada pelos recursos de hardware disponíveis. Alguns processos simultâneos poderão precisar ser serializados se não houver recursos de hardware suficientes para suportá-los todos, o que reduziria as vantagens potenciais do processamento paralelo.

Problemas ao depurar um design com vários processos simultâneos

Interações complexas entre os processos podem dificultar a depuração. Se um problema envolver interações entre vários processos, poderá ser um desafio identificar a sua causa raiz.

No geral, as instruções simultâneas pai têm muitas vantagens, mas também podem adicionar complexidade e dificuldades extras que precisam ser tratadas com cuidado. Ao decidir se devem usar instruções concorrentes pai em um determinado projeto, os projetistas devem considerar cuidadosamente os benefícios e as desvantagens de fazê-lo.

Vantagens

Um conceito usado no projeto de circuitos digitais, denominado instrução simultânea pai, permite que vários processos sejam executados simultaneamente. As declarações simultâneas pai têm os seguintes benefícios -

Execução paralela

As instruções simultâneas pai permitem a execução paralela de vários processos. A capacidade de realizar vários trabalhos ao mesmo tempo pode melhorar o desempenho geral do projeto.

Design modular

As instruções simultâneas principais permitem uma abordagem de design modular na qual vários componentes de design podem ser executados como processos independentes. Como resultado, pode ser mais simples gerir projetos complexos e de grande escala, uma vez que cada etapa pode ser projetada e testada separadamente.

Melhor legibilidade

Os designers podem tornar seu código mais compreensível e fácil de manter, empregando instruções simultâneas pai. Devido ao fato de que cada processo pode ser construído como um módulo separado com uma interface distinta e entradas e saídas bem especificadas, isso é possível.

Melhor isolamento de falhas

As instruções simultâneas pai podem ajudar na melhor separação de falhas em um projeto. É menos provável que um mau funcionamento em um processo tenha impacto nos processos em execução simultânea.

Depuração simplificada

A depuração pode ser simplificada empregando instruções simultâneas pai em um design. É possível testar e depurar cada processo de forma independente, o que pode agilizar a identificação e o isolamento de problemas.

Considerando tudo isso, as instruções simultâneas pai são uma ferramenta poderosa para projetistas de hardware digital, oferecendo uma série de vantagens que podem ajudar a melhorar o desempenho, a legibilidade e a facilidade de manutenção dos projetos.

Exemplo

Uma instrução simultânea em VHDL é aquela que é executada simultaneamente com outras instruções no design. Uma instrução simultânea que usa colchetes para agregar várias outras instruções simultâneas é conhecida como instrução simultânea entre parênteses. Aqui está uma ilustração de uma instrução simultânea entre parênteses escrita em VHDL.

begin
S1;
      parbegin
      S3;
      begin
      S2;
         parbegin
         S4;
         S5;
         parend;
         S6;
      end;
      parend;
S7;
end;

Saída

As três instruções simultâneas neste exemplo serão executadas simultaneamente porque estão entre colchetes. Um processo na primeira frase começa quando a borda principal de clk aumenta. A segunda frase dá ao my_signal um valor "1" quando my_condition é verdadeiro e um valor "0" caso contrário. My_output recebe my_input + 1 na terceira instrução.

É crucial lembrar que os colchetes em si não influenciam o comportamento das declarações simultâneas. Simplesmente por uma questão de organização e legibilidade, eles agrupam as frases.

Conclusão

Um tipo de instrução usada em VHDL que permite o agrupamento de numerosas instruções simultâneas dentro de um conjunto de colchetes é conhecida como instrução simultânea entre parênteses. Isso pode tornar o design mais simples e fácil de compreender e manter. Como acontece com toda construção VHDL, é crucial usá-la adequadamente e compreender suas restrições e perigos. Uma instrução simultânea permite a especificação de processos simultâneos em um projeto de hardware sem a necessidade de construções de código sequencial, como loops ou instruções if-else, fazendo é um componente significativo das linguagens de descrição de hardware. Ao permitir que muitas atividades ocorram ao mesmo tempo, isso pode melhorar o desempenho e a eficiência do projeto. Permite a construção de blocos paralelos que podem auxiliar na modularização de comportamentos complexos e interagir entre si por meio de variáveis ou sinais compartilhados.

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