00
0
0
1
1
0
0
0
0
1
0
1
0ns(Default) : HG, LR, PR
Circuit 시작 시
Highway = Green.Local Road= Red.Pedestrian = Red
40ns ~ 900ns : HG, LR, PR
40ns에 reset, reset은 100ns까지 유지됨.
traffic light은 계속 초기 상태를 유지하며 100ns까지 count는 초기화된다. 100ns에서 reset이 off 된 후 count는 clock에 따라 증가한다
900ns ~ 1100ns : HG, LR, PR
200ns간 C = 1 이 유지된다. 그 사이에 cnt가 LT만큼 증가하지 않기 때문에 신호에 변화는 없다.
1500ns ~ 3800ns
1500ns ~ 3800ns사이의 구간에서는 C=1 이고 vehicle이 있는 상태에서 LT=60초가 지나면 Highway가 Yellow, Local Road 와 Pedestrian 이 Green으로 변하도록 설계되어있다. 그래서 count가 LT가 될 때(약 2000ns)
Highway = Yellow.Local Road= Red.Pedestrian = Red
이 된다.
그리고 ST(10초) 이후(약 2100ns)
Highway = Red.Local Road= Green.Pedestrian = Red
으로 바뀐다
Local Road가 Green인 상태는 최대 60초 지속되도록 설정되었으므로 600ns 후에는(약 2700ns) 다시
Highway = Green.Local Road= Red.Pedestrian = Red
로 돌아온다. 이 패턴은 3800ns까지 반복된다.
3800ns ~ 4300ns
3800ns에 P=1.
380초에 보행자가 오는 것으로 test plan이 설계되었고, 이에 따라 PG = 1.
Pedestrian = Green으로 바뀐다.
4100ns에 C=0 이 된다.
Pedestrian Green light의 지속시간도 LT = 60초로 설계되었기 때문에 600ns 후인 4400ns에 Red로 바뀐다.
4300ns ~ 6000ns
4400ns에
Highway = Red.Local Road= Yellow.Pedestrian = Red
가 되고 그 시점에서 ST(10초) 이후인 4500ns에
Highway = Green.Local Road= Red.Pedestrian = Red
이 된다.
6000ns 까지는 vehicle 과 pedestrian이 모두 있는 것으로 설정되어 있다.
그러므로 Highway Light은 Green 60초, Yellow 10초, Red 10초
Local Road Light은 Red 60초, Yellow 10초, Green 60초
Pedestrian Light은 Red 70초, Green 60초 순으로 돌아가게 된다.
7. Simulation results in waveform
시뮬레이션 결과를 보면 우리가 설계하고자 한 것과 거의 일치한다. 다만 한 군데에서 오류가 발생한다는 것을 찾아냈다. 바로 900ns 근처인데, 처음 시뮬레이션 waveform을 관찰했을 때에는 C가 1일 때 local road의 신호가 green으로 바뀌지 않길래 아직 cnt1이 60을 넘지 않아서, 즉 우리가 처음에 설계하고자 한 highway 최소유지시간에 미치지 못하여서 신호가 바뀌지 않는 줄 알았다. 하지만 분석해본 결과 900ns 이전에 이미 cnt1은 60을 넘어갔으며 63을 넘어서 다시 0으로 값이 overflow 되었다. 결국 900ns 에서는 이미 highway green신호 유지시간이 60초가 넘었으므로 사실 local road의 신호가 green 으로 바뀌었어야 한다. 이러한 오류를 보정해주려면 cnt1값의 bit수를 조금 늘려주어서 overflow 되는 시간을 줄이는 방법이 있을 것이다. (이번 project에서 카운트 값을 6bit로 지정해주셔서 바꾸지 않았습니다. overflow 현상을 막을 수 있는 다른 방법이 있을지 모르겠지만 찾지 못하였습니다.) 이번 project에서 지금의 이러한 현상만 보정해주면 완벽히 맞는 설계를 했다고 볼 수 있겠다.
8. Conclusions & Comments
이번 프로젝트의 과제는 1번에서 언급했던 specification을 갖는 smart traffic light controller를 설계하는 것이다. 잘못된 설계는 사고로 이어질 수 있는 만큼 정확한 설계와 꼼꼼하게 test plan을 짜 오류가 발생하는 부분이 있는지 확인하는 과정이 중요한 과제이다. 우리가 평소에 길을 건널 때마다 도움을 받고 있는 신호등인데 직접 시스템을 설계 해보니 재미있었고, 다른 시스템도 설계할 수 있는 자신감이 생겼다. 우리는 일단 state diagram과 Input/Output을 처음 직접 짜본 대로 설계해 보았다. 그래서 몇 가지 다른 부분에 대하여 설명을 해야 할 것 같다.
첫 번째, 우리는 S2, S5의 state에서 각각 의 다른 state로 transient 되지 않고 S3 state 하나로 가도록 설계 하였다. Local road만 green이든, Pedestrian만 green이든 60초가 지난 후 동시에 local road는 yellow 그리고 Pedestrian은 red가 되기 때문이다. Highway가 green 으로 바뀌기 몇 초전 미리 Pedestrian을 red로 바꾸어 주는 것이 더 나을 것이라고 판단했고, state를 하나 더 줄일 수 있기 때문이다. 두 번째는 cnt를 5가지 종류로 썼는데 transient 과정에서 output값을 조절해 줄 수 없는 moore 설계 방식이므로 cnt 값을 각 각의 state 마다 초기화 시키는 과정이 필요했기 때문이다. 그래서 각 각의 state 마다 cnt 값을 따로 주었다. 세 번째 또한 마찬가지인데, reset 또는 1 cycle 이후 초기화 되는 과정도 S6 state를 추가하여 cnt 값을 초기화 해 주는 과정을 포함시켰다.
우리가 디자인한 STLC 프로그램이 최적화된 설계인지는 잘 모르겠지만 앞서 언급했던 cnt overflow 현상만 보정해주면 정확한 설계라고 보여진다.