¿Cuáles son las características del uso del lenguaje VHDL para diseñar sistemas digitales?

vhdl El nombre completo en inglés de VHDL es Lenguaje de descripción de hardware de circuito integrado de muy alta velocidad, que nació en 1982. A finales de 1987, IEEE y el Departamento de Defensa de EE. UU. reconocieron a VHDL como un lenguaje de descripción de hardware estándar. Desde que IEEE lanzó la versión estándar de VHDL IEEE-1076 (conocida como versión 87), las empresas EDA han lanzado sucesivamente sus propios entornos de diseño VHDL o han anunciado que sus herramientas de diseño pueden interactuar con VHDL. Desde entonces, VHDL ha sido ampliamente aceptado en el campo del diseño electrónico y ha reemplazado gradualmente el lenguaje de descripción de hardware no estándar original. En 1993, IEEE revisó VHDL, amplió el contenido de VHDL desde un nivel de abstracción más alto y capacidades de descripción del sistema, y ​​lanzó una nueva versión de VHDL, la versión estándar IEEE 1076-1993 (denominada versión 93). Ahora, VHDL y Verilog, como lenguajes de descripción de hardware estándar de la industria IEEE, han sido respaldados por muchas compañías EDA y se han convertido de facto en lenguajes de descripción de hardware universales en el campo de la ingeniería electrónica. Algunos expertos creen que en el nuevo siglo, el VHDL del lenguaje Verilog asumirá la mayoría de las tareas de diseño de sistemas digitales.

El lenguaje VHDL es un lenguaje de alto nivel utilizado para el diseño de circuitos. Apareció a finales de los años 1980. Desarrollado originalmente por el Departamento de Defensa de EE. UU. para el ejército de EE. UU. para mejorar la confiabilidad del diseño y acortar el ciclo de desarrollo, es un lenguaje de diseño con un alcance de uso menor.

VHDL está escrito en inglés: VHSIC (Very High Speed ​​Integrated Circuit) Descripción de hardware en lenguaje G. Traducido al chino, es el lenguaje de descripción de hardware de circuitos integrados de ultra alta velocidad. Por tanto, su aplicación es principalmente en el diseño de circuitos digitales. En la actualidad, sus aplicaciones domésticas se utilizan principalmente en el diseño de FPGA/CPLD/EPLD. Por supuesto, en algunas unidades potentes, también se utiliza para diseñar ASIC.

VHDL se utiliza principalmente para describir la estructura, comportamiento, funciones e interfaces de sistemas digitales. Excepto por muchas oraciones con características de hardware, la forma del lenguaje, el estilo de descripción y la sintaxis de VHDL son muy similares a los lenguajes informáticos generales de alto nivel. La característica de la estructura del programa de VHDL es dividir un diseño de ingeniería, o entidad de diseño (que puede ser un componente, un módulo de circuito o un sistema) en partes externas (o componentes y puertos) e internas (o invisibles), ambas involucrando la entidad Las funciones internas también implican la finalización del algoritmo. Después de definir la interfaz externa de una entidad de diseño, otros diseños pueden llamar directamente a esta entidad una vez que se completa su desarrollo interno. Este concepto de dividir entidades de diseño en partes internas y externas es un punto fundamental en el diseño de sistemas VHDL.

Puntos básicos del diseño de sistemas VHDL

En comparación con otros lenguajes de descripción de hardware, VHDL tiene las siguientes características:

El diseño es potente y flexible. VHDL tiene una estructura de lenguaje poderosa y puede describir un control lógico complejo con un código fuente claro y conciso. Tiene la función de descripción de diseño de múltiples niveles, que se puede refinar capa por capa y, finalmente, puede generar directamente una descripción a nivel de circuito. VHDL admite el diseño de circuitos síncronos, circuitos asíncronos y circuitos aleatorios, lo que no tiene comparación con otros lenguajes de descripción de hardware. VHDL también admite varios métodos de diseño, tanto de abajo hacia arriba como de arriba hacia abajo. Admite diseño modular y diseño jerárquico.

Amplio soporte y fácil de modificar. Dado que VHDL se ha convertido en un lenguaje de descripción de hardware especificado por los estándares IEEE, la mayoría de las herramientas EDA actualmente admiten VHDL, lo que sienta las bases para una mayor popularidad y aplicación generalizada de VHDL. En el proceso de diseño de circuitos de hardware, el archivo de diseño principal es el código fuente escrito en VHDL. Debido a que VHDL es fácil de leer y estructurar, es fácil modificar el diseño.

Sólidas capacidades de descripción del hardware del sistema. VHDL tiene una función de descripción de diseño de varios niveles, que puede describir tanto circuitos a nivel de sistema como circuitos a nivel de puerta. La descripción puede ser una descripción de comportamiento, una descripción de transferencia de registro, una descripción estructural o una descripción de nivel mixto de las tres. Además, VHDL admite retardo inercial y retardo de transmisión, y también puede establecer con precisión modelos de circuitos de hardware.

VHDL admite tipos de datos predefinidos y definidos por el usuario, lo que proporciona mayor libertad en la descripción del hardware y permite a los diseñadores crear fácilmente modelos de sistemas de alto nivel.

Independiente del diseño y proceso del dispositivo. Cuando los diseñadores diseñan utilizando VHDL, pueden centrarse en la optimización del diseño sin tener que considerar primero la selección del dispositivo que se está diseñando. Una vez que se describe un diseño, se pueden utilizar muchas estructuras de dispositivos diferentes para implementar su funcionalidad.

Fuerte capacidad de trasplante. VHDL es un lenguaje de descripción de hardware estandarizado. La misma descripción de diseño puede ser compatible con diferentes herramientas, lo que hace posible el trasplante de la descripción de diseño.

Fácil de compartir y reutilizar. VHDL adopta un método de diseño basado en biblioteca y puede construir varios módulos reutilizables. Estos módulos pueden prediseñarse o archivarse en diseños anteriores y almacenarse en bibliotecas, que pueden reutilizarse en diseños futuros, de modo que los resultados del diseño puedan intercambiarse y compartirse entre los diseñadores, reduciendo el diseño de circuitos de hardware.

(1) En comparación con otros lenguajes de descripción de hardware, VHDL tiene capacidades de descripción de comportamiento más sólidas, lo que determina que se ha convertido en el mejor lenguaje de descripción de hardware en el campo del diseño de sistemas. Las potentes capacidades de descripción de comportamiento son una garantía importante para describir y diseñar sistemas electrónicos a gran escala a partir de comportamientos lógicos sin estructuras de dispositivos específicas.

(2)Las ricas declaraciones de simulación y funciones de biblioteca de VHDL permiten verificar la viabilidad funcional del sistema de diseño en la etapa inicial de cualquier diseño de sistema a gran escala y simular el diseño en cualquier momento.

(3)3) La capacidad de descripción del comportamiento y la estructura del programa de las declaraciones VHDL determinan su capacidad para soportar la descomposición de diseños a gran escala y la reutilización de diseños existentes. Los sistemas a gran escala que satisfacen las necesidades del mercado son eficientes.

Sólo cuando varias personas o incluso grupos multigeneracionales trabajan en paralelo pueden completarse a alta velocidad.

(4) Para diseños deterministas completados con VHDL, se pueden utilizar herramientas EDA para la síntesis y optimización lógica, y el diseño de descripción de VHDL se puede convertir automáticamente en una lista de red a nivel de puerta.

(5)VHDL es relativamente independiente a la hora de describir diseños. Los diseñadores pueden diseñar de forma independiente sin conocer la estructura del hardware ni administrar el dispositivo final.

Adjunto: Un ejemplo simple de VHDL: (registro de 12 bits)

-Ejemplo de VHDL

-Función de macro definida por el usuario

La entidad reg12 es

PORT(

d: en BIT_VECTOR(11 hasta 0);

clk: bit a bit;

q : OUT BIT _ VECTOR (11 hasta 0);

END reg 12

La arquitectura a de reg12 es

Inicio

Proceso

Inicio

Esperar hasta clk = ' 1 ';

q lt= d;

Finalizar el proceso;

Finalizar a;