Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Введение в инструментальн.pdf
Скачиваний:
63
Добавлен:
05.06.2015
Размер:
1.94 Mб
Скачать

ВВЕДЕНИЕ В ЯЗЫК VHDL

Язык VHDL является фактически международным стандартом в области автоматизации проектирования цифровых систем, это входной язык многих современных систем автоматизированного проектирования (САПР) как заказных, так и программируемых логических интегральных схем (ПЛИС).

VHDL — это мощный язык. Он позволяет описывать поведение, т.е. алгоритмы функционирования цифровых систем, а также проводить иерархическое функционально-структурное описание систем, имеет средства для описания параллельных асинхронных процессов, регулярных (систолических) структур. И в то же время он имеет все признаки языка программирования высокого уровня — позволяет создавать свои типы данных, имеет широкий набор арифметических и логических операций и т.д.

VHDL исходно создавался и как язык для спецификаций, и как средство исследования и анализа поведения проектируемого устройства. Он обеспечивает возможность описания устройств с различной степенью детализации и в различных формах, начиная от внешнего описания общих принципов функционирования до представления в форме элементарных цифровых компонентов (вентилей и триггеров). Разрешается представление алгоритма функционирования устройства в форме, близкой к традиционным алгоритмическим языкам. В то же время присутствуют средства, описывающие проект как набор компонентов и связей между ними, допустимы и смешанные формы описаний. Поэтому обеспечивается возможность организации проектной процедуры как последовательной декомпозиции абстрактных спецификаций.

Как язык описания и моделирования цифровых систем, VHDL имеет существенные отличия от традиционных процедурных языков программирования. VHDL включает множество средств и понятий, предназначенных для моделирования цифровых систем, связанных с поведенческими, структурными, физическими свойствами этих систем: сигналы, время, параллельно функционирующие компоненты структуры и др.

Отличительные особенности языка VHDL:

проектируемые устройства можно иерархически разбивать на составные элементы;

100

каждый элемент устройства имеет ясно очерченный интерфейс (для соединения его с другими элементами) и точное функциональное описание (для его моделирования);

функциональное описание может быть основано на алгоритме, или на реальной структуре, которыми определяется работа элемента (например, первоначально можно описать работу элемента посредством алгоритма, и это сделает возможной верификацию элементов более высокого уровня, в которых используется данный элемент; позднее алгоритмическое определение можно заменить структурной схемой);

можно моделировать — параллелизм, временные соотношения и синхронизацию тактовыми сигналами (на языке VHDL можно описать как асинхронные, так и синхронные последовательностные структуры);

можно моделировать выполняемые устройством логические действия и его временные характеристики.

Таким образом, с самого начала VHDL является языком документирования и моделирования, позволяющим точно задавать и имитировать поведение цифровых систем.

Хотя язык VHDL и его среда моделирования сами по себе были важными нововведениями, квантовый скачок полезности и популярности языка VHDL произошел с появлением коммерческих про-

граммных средств синтеза на основе VHDL. Применяя эти средст-

ва, можно строить логические схемы непосредственно из описания их работы на языке VHDL. С помощью VHDL разрабатывается, моделируется и синтезируется все, что угодно, от простой комбинационной схемы до законченной микропроцессорной системы в одном кристалле.

Важнейшей особенностью данного этапа является то, что VHDL-программа должна быть написана на подмножестве VHDL,

называемом синтезируемым подмножеством, т.е. таком подмно-

жестве, в рамках которого возможна схемная реализация конструкций языка (операторов, типов данных и т.д.). Синтезируемое подмножество языка VHDL описано в стандарте Р1076.6 (IEEE P1076.6/D1.12 Draft Standard For VHDL Register Transfer Level Synthesis, 1998). Стандарт определяет те конструкции языка, которые могут быть реализованы определенными логическими схемами. Стандарт ориентирован на единообразность описания (и пони-

101