Introdução

No mundo do desenvolvimento de sistemas embarcados, a escolha da linguagem e das ferramentas certas é crucial. VHDL (VHSIC Hardware Description Language) é uma das linguagens mais populares para descrever circuitos digitais. Neste tutorial, vamos explorar como desenvolver sistemas embarcados usando VHDL, focando na implementação de testes e simulações automatizadas com o framework VUnit. Este guia prático é destinado a engenheiros de hardware e desenvolvedores que desejam otimizar o processo de desenvolvimento e garantir que seus designs sejam robustos e confiáveis. Você aprenderá a criar um projeto VHDL, configurar o VUnit, escrever testes abrangentes e executar simulações de forma eficiente.

Etapas

  1. Instalação do VUnit

    Primeiramente, você precisa instalar o VUnit. O VUnit é uma ferramenta poderosa que simplifica o processo de testes e simulação de designs VHDL. Para instalá-lo, você deve clonar o repositório do VUnit diretamente do GitHub e adicionar o diretório do VUnit ao seu PATH.

    commands
    # Clonar o repositório do VUnit
    git clone https://github.com/VUnit/VUnit.git
    # Adicionar ao PATH
    export PATH=$PATH:/caminho/para/VUnit

  2. Criação do Projeto VHDL

    Crie um novo diretório para seu projeto e inicie a estrutura básica. Organize os diretórios para código-fonte, testes e scripts. Um exemplo de estrutura de diretório pode ser: /meu_projeto_vhdl/src para código-fonte e /meu_projeto_vhdl/tests para testes.

    commands
    # Criar diretórios do projeto
    mkdir -p meu_projeto_vhdl/src meu_projeto_vhdl/tests

  3. Escrevendo um Módulo VHDL

    No diretório `src`, crie um módulo VHDL simples. Neste exemplo, vamos implementar um módulo de somador de 1 bit. O arquivo `somador.vhdl` deve estar na pasta `src` e conter o seguinte código.

    somador.vhdl
    library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

entity somador is
    Port ( A : in STD_LOGIC;
           B : in STD_LOGIC;
           S : out STD_LOGIC;
           C : out STD_LOGIC);
end somador;

architecture Behavioral of somador is
begin
    S <= A XOR B;
    C <= A AND B;
end Behavioral;

  4. Escrevendo os Testes VUnit

    Agora, no diretório `tests`, crie um arquivo de teste para o modulo `somador`. O arquivo `test_somador.py` é onde iremos colocar nossas funções de teste usando o VUnit.

    test_somador.py
    import vunit

# Cria uma instância do VUnit
vu = vunit.VUnit.from_argv()

# Definindo um design 'somador'
lib = vu.add_library("lib")
lib.add_source_files("../src/somador.vhdl")

# Adicionando a unidade de teste
@lib.test("test_somador")
def test_somador(simulator):
    simulator.set_signal("A", 1)
    simulator.set_signal("B", 0)
    assert simulator.get_signal("S") == 1
    assert simulator.get_signal("C") == 0

if __name__ == "__main__":
    vu.main()

  5. Executando os Testes

    Após escrever o código e os testes, você pode executar os testes utilizando o VUnit. Certifique-se de estar na raiz do projeto e execute o seguinte comando. Isso compilará seu design e executará os testes definidos.

    commands
    # Executar os testes
    python tests/test_somador.py

  6. Analisando os Resultados

    Depois de executar os testes, examine os resultados que aparecem no terminal. O VUnit fornecerá informações sobre quais testes foram bem-sucedidos e quais falharam, permitindo que você faça ajustes conforme necessário.

    commands
    # Exemplificação dos resultados
    Test passed: test_somador

Conclusão

Neste tutorial, você aprendeu a desenvolver um sistema embarcado básico utilizando VHDL e o framework VUnit. Desde a instalação do VUnit, passando pela criação de um módulo VHDL simples, até a configuração de testes e a execução dos mesmos, você agora possui uma base sólida para desenvolver e testar seus próprios projetos em VHDL. Testes automatizados são fundamentais para garantir a confiabilidade de seus designs, e o VUnit facilita este processo. Com essas habilidades, você está pronto para avançar em projetos mais complexos e sofisticados no campo dos sistemas embarcados.

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