2.3 VHDL硬件描述语言
硬件描述语言(HDL)是一种用于设计硬件电子系统的计算机语言,是EDA技术的重要组成成分,英文全名是VHSIC(Very High Speed Integrated Circuit)Hardware Description Language,它用软件编程的方式来描述电子系统的逻辑功能、电路结构和连接形式,与传统的门级描述方式相比,它更适合大规模系统的设计。例如一个32位的加法器,利用图形输入软件需要输人500至1000个门,而利用VHDL语言只需要书写一行“A=B+C”即可[4]。而且 VHDL语言可读性强,易于修改和发现错误,具有很强的电路描述和建模能力,能从多个层次对数字系统进行建模和描述,从而大大简化了硬件设计任务,提高了设计效率和可靠性,是本课题设计过程中所使用的硬件描述语言。
VHDL的设计方法多种多样:主要有自顶向下、自底向上和混合设计的方法。自底向上的设计方法是一种低效、低可靠性、费时费力且成本高昂的设计方法。而在EDA技术应用中,自顶向下的设计方法,就是在整个设计流程中各设计环节逐步求精的过程,是其首选设计方法。
应用VHDL进行自顶向下的设计,就是使用VHDL模型在所有综合级别对硬件设计进行说明、建模和仿真测试。流程如图1.1所示:
图1.1 自顶向下的设计流程
VHDL还具有以下优点:
1. VHDL的宽范围描述能力使它成为高层次设计的核心,将设计人员的工作重心提高到了系统功能的实现与调试,而花较少的精力于物理实现。
2. VHDL可以用简洁明确的代码描述来进行复杂控制逻辑的设计,灵活且方便,而且也便于设计结果的交流、保存和重用。
3. VHDL的设计不依赖于特定的器件,方便了工艺的转换。
4. VHDL是一个标准语言,为众多的EDA厂商支持,因此移植性好。
综上所述,EDA技术是电子设计领域的一场革命,目前正处于高速发展阶段,每年都有新的EDA工具问世。广大电子工程人员掌握这一先进技术,这不仅是提高设计效率的需要,更是我国电子工业在世界市场上生存、竞争与发展的需要。
2.4 EDA发展趋势
面对
可编程逻辑器件发展趋势
可编程逻辑器件已经成为当今世界上最富吸引力的半导体器件,在现代电子系统设计中扮演着越来越重要的角色。过去的几年里,可编程器件市场的增长主要来自大容量的可编程逻辑器件CPLD和FPGA,其未来的发展趋势如下:
(1) 向高密度、高速度、宽频带方向发展
在电子系统的发展过程中,工程师的系统设计理念要受到其能够选择的电子器件的限制,而器件的发展又促进了设计方法的更新。随着电子系统复杂度的提高,高密度、高速度和宽频带的可编程逻辑产品已经成为主流器件,其规模也不断扩大,从最初的几百门到现在的上百万门,有些已具备了片上系统集成的能力。这些高密度、大容量的可编程逻辑器件的出现,给现代电子系统(复杂系统)的设计与实现带来了巨大的帮助。设计方法和设计效率的飞跃,带来了器件的巨大需求,这种需求又促使器件生产工艺的不断进步,而每次工艺的改进,可编程逻辑器件的规模都将有很大扩展。
(2) 向在系统可编程方向发展
在系统可编程是指程序(或算法)在置入用户系统后仍具有改变其内部功能的能力。采用在系统可编程技术,可以像对待软件那样通过编程来配置系统内硬件的功能,从而在电子系统中引入“软硬件”的全新概念。它不仅使电子系统的设计和产品性能的改进和扩充变得十分简便,还使新一代电子系统具有极强的灵活性和适应性,为许多复杂信号的处理和信息加工的实现提供了新的思路和方法。
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