[SOLVED] EE E4321 Problem Set 8 Memory design PLAs Python

Department of Electrical Engineering

EE E4321. Problem Set #8. Memory design. PLAs.

Due: November 26, 2024, 5 PM EST by electronic submission

Please  carefully follow these  instructions.  Please submit your solutions to Problem 1 below as a single PDF file attachment through Courseworks.

For Design Project Part III, please submit your writeup as a single PDF file attachment submitted by only one person of your two-person team.  Please note clearly in the document the name of the two team members in your group.

To submit the layout, please stream out your design according to the instruc- tions on the class website and attached to your submission as well.

1. (This problem should be completed individually.)  In this problem, I want you to consider the implementation of a controller using PLAs. We will take advantage of the tool espresso to optimize our logic.

Consider a controller defined by the following VHDL description:

architecture  rtl  of  controller  is

subtype  state_type  is  std_ulogic_vector(0  to  3);

constant  s0:  state_type  :=  “0001”;

constant  s1:  state_type  :=  “0010”;

constant  s2:  state_type  :=  “0100”;

constant  s3:  state_type  :=  “1000”;

signal  state, next_state:  state_type;

signal  con1,  con2,  con3:  std_ulogic;

signal  out1,  out2:  std_ulogic;

signal  clk;

begin

state_logic:  process(state,  con1,  con2,  con3)  is

begin

out1  <= ’0’;

out2  <= ’0’;

case  state  is

when  s0  =>

out1  <= ’0’;

out2  <= ’0’;

next_state  <= s1;

when  s1  =>

out1  <= ’1’;

if  con1  =  ’1’  then

next_state  <= s2;

else

next_state  <= s1;

end  if;

when  s2  =>

out2  <= ’1’;

next_state  <= s3;

when  s3  =>

if  con2  =  ’0’  then

next_state  <= s3;

elsif  con3  =  ’0’  then

out1  <= ’0’;

next_state  <= s2;

else

next_state  <= s1;

end  if;

end  case;

end process  state_logic;

state_register:  process  (clk)  is

begin

if  (clk  =  ’1’  and not(clk’stable))  then

state  <= next_state;

end  if;

end process  state_register;

end  architecture  rtl;

Implement  this  finite-state  machine  as  a  PLA  and  a  (four-bit)  flip-flop. Present your results as (hand-drawn) schematics.  Don’t worry about sizing

Signal

Direction

Description

phi1	input	phase 1 clock
phi2	input	phase 2 clock
mem_read	input	enable the memory for read
mem_write	input	enable the memory for write
iobus<0:7>	bidi	data bus
addr<0:2>	input	address

or simulating your design.  To design the PLA, use  espresso for two-level logic optimization.  You can assess the espresso man pages on the input file format by typing:

man  -s  5  espresso

Additional documentation on espresso can also be found on the main espresso man pages:

man  espresso

The next problem is part of your final design project; you should work on this part of the problem set with your design-project partner.

Design Project Part III. You need to design the memory for your final design project. Your memory stores 8 8-bit (one-byte) words and has the following interface to the rest of your core:

Please precharge your memory with phi2 and qualify both the wordline and the write with the phi1 clock.  Use the mem_read signal to tristate the read driver. Only one level of decoding should be necessary (no predecoder). You are free to use the SRAM layout found in the cell sram_cell in the library arrayLib in /courses/ee4321/arrayLib.

To complete your memory design, I expect:

●  Sized schematics

● Layout of your memory design (remember to begin by making a tiling diagram and then stick layouts of your cells)

● Spectre results for the read and write delays of your SRAM. Verify that reads do not disturb the contents of the cells and that you will always be able to write your cell.

● Use Spectre FX to verify functionality for a larger number of patterns.