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        初探VHDL語(yǔ)言在電子設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

        2017-04-19 21:44:50王璐瑤周兵
        卷宗 2016年12期
        關(guān)鍵詞:設(shè)計(jì)流程

        王璐瑤+周兵

        摘 要:隨著時(shí)代的進(jìn)步,如今社會(huì)對(duì)電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用非常普遍,已經(jīng)完全滲透到各行業(yè)中。而電子技術(shù)設(shè)計(jì)作為推動(dòng)電子技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的主要?jiǎng)恿?,其逐漸向著高速度、大容量和小體積的方向發(fā)展,因此傳統(tǒng)自下而上的電子設(shè)計(jì)方法已經(jīng)難以滿(mǎn)足要求,因此必須加強(qiáng)對(duì)VHDL硬件描述語(yǔ)言的應(yīng)用。本文主要分析了VHDL硬件描述語(yǔ)言在電子設(shè)計(jì)中應(yīng)用的構(gòu)成,闡述了VHDL硬件描述語(yǔ)言在電子設(shè)計(jì)中應(yīng)用的主要特點(diǎn),并針對(duì)VHDL硬件描述語(yǔ)言在電子設(shè)計(jì)中的應(yīng)用策略進(jìn)行了研究和探討。

        關(guān)鍵詞:VHDL硬件描述語(yǔ)言;電子技術(shù)設(shè)計(jì);設(shè)計(jì)流程

        VHDL硬件描述語(yǔ)言在數(shù)字電路與系統(tǒng)描述、模擬和設(shè)計(jì)中應(yīng)用比較普遍,屬于電子技術(shù)設(shè)計(jì)的核心[1]。尤其是隨著集成電路技術(shù)的進(jìn)步,人們對(duì)電子技術(shù)設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)水平的要求不斷提升,因此選擇合理的硬件描述語(yǔ)言具有必要性,而VHDL硬件描述語(yǔ)言能夠有效降低電子技術(shù)設(shè)計(jì)難度,且具有通用性高、支持面廣的特征,并獲得了市場(chǎng)和電子電力公司的肯定與支持,可以有效促進(jìn)電子技術(shù)設(shè)計(jì)想著自動(dòng)化方向發(fā)展,縮短開(kāi)發(fā)周期。

        1 VHDL語(yǔ)言在電子設(shè)計(jì)中應(yīng)用的構(gòu)成

        VHDL(Very-High-Speed Inte-grated Circuit Hardware Description Languagea)硬件描述語(yǔ)言,即超高速集成電路硬件描述語(yǔ)言,主要是應(yīng)用于數(shù)字電路系統(tǒng)性能描述和模擬的語(yǔ)言[2]。VHDL硬件描述語(yǔ)言是在1983年由美國(guó)國(guó)防部創(chuàng)建,并在后期的發(fā)展和應(yīng)用中,成為硬件描述語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)之一。隨著IEEE對(duì)VHDL硬件描述語(yǔ)言的修訂,VHDL硬件描述語(yǔ)言的內(nèi)容得到的進(jìn)一步的擴(kuò)展,主要是從更高的抽象層次和系統(tǒng)描述能力進(jìn)行擴(kuò)展。當(dāng)前VHDL硬件描述語(yǔ)言已經(jīng)成為通用性硬件描述語(yǔ)言。

        VHDL硬件描述語(yǔ)言的語(yǔ)法具有高度嚴(yán)格的特征,與Ada風(fēng)格比較相近,即一段完整的VHDL代碼包含實(shí)體語(yǔ)句、構(gòu)造體語(yǔ)句、配置說(shuō)明語(yǔ)句等。其中實(shí)體語(yǔ)句主要是針對(duì)設(shè)計(jì)單元的外部接口信號(hào)進(jìn)行描述,構(gòu)造體語(yǔ)句主要是針對(duì)設(shè)計(jì)單元內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和行為進(jìn)行描述。根據(jù)研究可知,利用構(gòu)造體語(yǔ)句進(jìn)行設(shè)計(jì)單元內(nèi)部功能描述又可以分為三種方式,即行為級(jí)描述、寄存器傳輸級(jí)描述和結(jié)構(gòu)描述等。配置說(shuō)明依據(jù)主要是針對(duì)選取不同元件構(gòu)成設(shè)計(jì)單元版本的描述。此外VHDL代碼還包含庫(kù)說(shuō)明語(yǔ)句和包說(shuō)明語(yǔ)句。其中庫(kù)是進(jìn)行編譯實(shí)體、構(gòu)造體、包和配置數(shù)據(jù)的存放,而包則是用來(lái)存在共享數(shù)據(jù)類(lèi)型、常量和子程序等。常見(jiàn)的庫(kù)類(lèi)型主要分為IEEE庫(kù)、STD庫(kù)、ASIC矢量庫(kù)等[3]。

        2 VHDL語(yǔ)言在電子設(shè)計(jì)中應(yīng)用主要特點(diǎn)

        VHDL硬件描述語(yǔ)言主要是進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、行為、功能和接口的描述,其與其他語(yǔ)言相比,具有很多明顯的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn),主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

        2.1 VHDL硬件描述語(yǔ)言描述能力強(qiáng)

        VHDL硬件描述語(yǔ)言具有電路描述能力強(qiáng)和建模能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì),主要表現(xiàn)在其能夠從多個(gè)層次實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字系統(tǒng)的建模與描述,有效簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)任務(wù),降低硬件設(shè)計(jì)難度,繼而提高電子技術(shù)設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)可靠性。

        2.2 VHDL硬件描述語(yǔ)言設(shè)計(jì)優(yōu)化能力

        VHDL硬件描述語(yǔ)言應(yīng)用在電子技術(shù)設(shè)計(jì)中,能夠脫離具體硬件電路、設(shè)計(jì)平臺(tái)等特性,且其電路行為描述能力和系統(tǒng)描述能力優(yōu)良,且其生命力和應(yīng)用潛力非常強(qiáng)大,尤其是在語(yǔ)言易讀性方便、層次性方面和結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方面等。

        2.3 VHDL硬件描述語(yǔ)言全新設(shè)計(jì)方法

        VHDL硬件描述語(yǔ)言主要采用自上而下的設(shè)計(jì)方法,且包含庫(kù),有效應(yīng)用在電子產(chǎn)品生命周期縮短的環(huán)境中,面對(duì)重新設(shè)計(jì)、融入全新技術(shù)和改變工藝等,均具有良好的適應(yīng)性。自上而下的設(shè)計(jì)方法,可以將較大的系統(tǒng)分解成若干個(gè)模塊,在分工合作時(shí)更加簡(jiǎn)單方便。此外設(shè)計(jì)人員在利用VHDL硬件描述語(yǔ)言進(jìn)行電子技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí),可以單純進(jìn)行功能的設(shè)計(jì),對(duì)于其他不會(huì)影響功能的因素,且無(wú)需耗費(fèi)太多的精力[4]。

        3 VHDL語(yǔ)言在電子設(shè)計(jì)中的應(yīng)用策略

        在電子技術(shù)設(shè)計(jì)中,VHDL硬件描述語(yǔ)言屬于比較高層次的設(shè)計(jì)方法。技術(shù)人員在利用VHDL硬件描述語(yǔ)言進(jìn)行電子技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí),首先要利用VHDL硬件描述語(yǔ)言進(jìn)行電路系統(tǒng)的表達(dá),并輸入至計(jì)算機(jī)。隨后利用HDL綜合器對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合,將軟件設(shè)計(jì)的HDL描述與硬件結(jié)構(gòu)掛鉤,實(shí)現(xiàn)軟件轉(zhuǎn)化為硬件電路。綜合的作用主要是將VHDL硬件描述語(yǔ)言轉(zhuǎn)換為低級(jí)語(yǔ)言,確保實(shí)現(xiàn)與FPGA/CPLD的基本結(jié)構(gòu)相應(yīng)的網(wǎng)表文件[5]。再利用適配器將綜合器產(chǎn)生的網(wǎng)標(biāo)文件配置目標(biāo)器件中,產(chǎn)生下載文件。適配器又稱(chēng)之為結(jié)構(gòu)綜合器,主要是將網(wǎng)標(biāo)文件針對(duì)的目標(biāo)器件進(jìn)行邏輯映射操作,如邏輯分割、優(yōu)化等。而且由于電子技術(shù)設(shè)計(jì)的模擬仿真主要是在高層上實(shí)現(xiàn),能夠進(jìn)一步提高錯(cuò)誤發(fā)生效率,提升電子技術(shù)設(shè)計(jì)效率。

        仿真主要是利用計(jì)算機(jī)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬,包含時(shí)序仿真、功能仿真。其中時(shí)序仿真中,文件包含器件硬件特性參數(shù),即基于真實(shí)器件的特性進(jìn)行仿真,仿真精度高。功能仿真主要是針對(duì)邏輯功能進(jìn)行模式,不涉及具體器件的硬件特性。仿真后,將適配后生成的下載文件或配置文件,利用編程器進(jìn)行下載,以實(shí)現(xiàn)硬件調(diào)試和驗(yàn)證。最后需要對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試,確保設(shè)計(jì)項(xiàng)目在目標(biāo)系統(tǒng)上的工作情況滿(mǎn)足要求,針對(duì)存在錯(cuò)誤的地方需要及時(shí)進(jìn)行改進(jìn)。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        綜上所述,將VHDL硬件描述語(yǔ)言應(yīng)用與電子技術(shù)設(shè)計(jì)中,能夠?qū)崿F(xiàn)從多個(gè)層次進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì),有效降低設(shè)計(jì)難度,縮短設(shè)計(jì)周期,提高設(shè)計(jì)效率。如今VHDL硬件描述語(yǔ)言在電子技術(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)用中主要表現(xiàn)為自上而下應(yīng)用方向,體現(xiàn)出邏輯綜合和優(yōu)化的重要性。

        參考文獻(xiàn)

        [1]李要球,盧璐.VHDL硬件描述語(yǔ)言在數(shù)字電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2011,05:97-99+103.

        [2]夏莉莉.淺議VHDL語(yǔ)言在電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化中的應(yīng)用[J].信息安全與技術(shù),2012,07:44-46.

        [3]張?zhí)O珍,王俊峰,仲濤.VHDL在數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方法[J].信息通信,2012,05:96-97.

        [4]柴志成,羅俊寧.VHDL語(yǔ)言在數(shù)字電路教學(xué)改革中的應(yīng)用[J].電子世界,2014,17:180-181.

        [5]江文超,王文遠(yuǎn).VHDL在基于CPLD和單片機(jī)的數(shù)字頻率計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].電子制作,2014,07:205+203.

        作者簡(jiǎn)介

        王璐瑤,鄭州大學(xué)信息工程學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)。

        周兵,鄭州大學(xué)信息工程學(xué)院教師。

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