浅谈VHDL语言在电子电路中的应用

科
王志明
信 息产 业 ｛
吴 冬 峰
浅谈 Ｖ Ｌ语言在 电子 电路 中的应用 ＨＤ
（ 尔滨 电工 仪 表研 究所 ， 江 哈 尔滨 １０ ０ ） 哈 黑龙 ５０ ０
摘 ：ＨＤ Ｖ Ｌ语 言作 为一 门 国 际标 准硬 件 描 述 语 言 ， 电子 系统 自动 设 计 已经 十 分 流 行 ， 已成 为 主 要 硬 件 的 描 述 工 具 ， 用 于 电 子 电路 电 在 现 可
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６ ２一
路 系统的描述 、 模拟和综合等。Ｖ Ｄ 语 言作为一种工业标准具有通用性好、 Ｈ Ｌ 支持 面广的特点 ， 在电子电路 中得到 了广泛的应 用。
关 键词 ： ＤＬ语 言 ： ＶＨ 电子 电路 ； 本 构 成 基
ＶＤ Ｈ Ｌ的 英 文 全 名 是 Ｖ ｒ Ｈｇ Ｓ ｅｄ Ｒ Ｉ描述和绵构描述混合使 ｊ ｅ ｙ ｉｈ ｐｅ Ｔ ｝，还可 以白定义 ｝ Ｌｍ ＲＡＲＹ Ｉ ＥＥＥｌ Ｄｅ ｃ ｉ ｔ ｎ ａ — ｓ ｒ ｉ Ｌ ｎ 数 据类 型 ， 编 程 人 员 带来 较 大 的 自由 和 方 便 ； ｐｏ 给 ＵＳ Ｅ Ｉ ＥＥＥ Ｓ ＴＤ ＬＯＧＩＣ Ｉ１６４． 直 ＬＬ ｇａ ， ｕｇ 翻译成中文就是 超高速集成 电路硬件捕 ｅ ２３ ＨＤ ． Ｖ Ｌ对 设 计 的 描 述 具 有 相 对 独 立 图 １ 述语 言。１９ ９ ３年 ，Ｅ Ｅ对 ＶＨ Ｉ进行 丫修 汀， 性 ， ＩＥ Ｄ 设计者 可以／ 懂硬件 的结构 ， ｆ 也不必关 心最 从更 高 的抽 象 层 次 和 系统 捕 述 能 力 上扩 展 终没计实现的 目标器件是什么 ； ２４ Ｈ Ｌ具有 电路仿 真 与验证 功 能 ， ． Ｖ Ｄ 可 ＶＨ Ｌ的内容 ， Ｄ 公布 了新版本 的 Ｖ ）， ＩＥ ＨＩ 即 Ｅ Ｅ Ｉ 标 准的 １７ — ９ ３版 本 （ ０ ６ １９ 简称 ９ ３版） 。现 在 ， 以保证设计的正确性 ， 户甚至不必 编写 如何 ＶＨ Ｌ作为 ＩＥ Ｄ Ｅ Ｅ的工业标 准硬件描述语 言， 得 测试相量便可以进行源代码级的调试 ， 而且设 到众多电子电路公司的支持， 电子工程领域 ， 在 者可以非常方便地 比较各种方案之 间的可行 已成 为 事 实上 的通 用 硬 件描 述 语 言 性及其优劣， 不需 做 任 何 文 际 的 电路 实 验 ； １ Ｈ Ｌ语 言 的基 本 构 成 Ｖ Ｄ ２５ Ｖ Ｄ 言可 以 与丁艺 无 关 编 程 ； ． Ｈ Ｉ语 ＶＤ Ｈ Ｌ语 言 的 语 法 比 较 严 格 ，风 格 类 似 ２ Ｈ ． Ｖ ＤＬ语 言 标 准 、 范 ， 于 共 享 和 复 ６ 规 易 于 Ａ ａ 言 一 段 完 整 的 ＶＨＩ ｄ语 ） 码 通 常 虫 Ｌ代 』． Ｈ． ３举 例 分 析 电 子电路 的设 计流 程 体语句 、 构造体语句 、 配置说明语句 、 以及库 、 包 说明语 句组成 ． 中实体语句用于描述 设汁单 其 设 计 电 子电 路 系 统 时 ， 先 用 Ｖ Ｉ语 言 首 ＨＤ 然 此 元的外部接 口信号 ：构造体语句Ｊ Ｆ ｆ 描述 设计 按 要求 对 系统 进 行 捕述 ， 后 进 行 编 译 综 合 。 】 单元 内部的结构 和行为 ， 一般说来 ， 构造体对设 过程 ｔ编译器可完成综合 、 １ ｌ 适配和划分等 功能。 计 单 元 内 部 的 功能 描 述 有 ３ 方 式 ：行 为级 描 这 些 均 由计 算 机 自动 完 成 ，同 时 产生 多 个后 序 种 述、 寄存器传输级描述和结构描述 ： 置说明语 操 作中要 用到 的文件 。当通过 编译后 ，要用 配 句用于从库 中选取 同的元件来构成设计 单元 Ｍ Ｘ Ｐ ／ ｉ的仿真器进行仿真 ， Ａ ＋１ Ｓ Ｉ Ｉ 以确保在 的不同版本 ：包主要用 于存放各设计模块都能 载 到 器 什 之前 对 设 计 进 行 令 面 检 测 ，如 果 发 现 共享的数据类型 、 常量和子程序 ： 阵则是用来存 在某 条件下 ，设计的输出没有得到正确 的响 放 已经编译过 的实体 、 造体 、 构 包和配置数 据。 应 ， 那么应陔修改输 入捕述 ， 直到得到正确 的响 当前 在 ＶＨ Ｌ中的库 大 致 可 以订 ５种 ： Ｅ 应。 Ｄ Ｉ Ｅ Ｅ 仿真通过之后还要进行定时分析 ， 定时分析 库 、Ｔ Ｓ Ｄ库 、 Ｉ 量 库 、用 户 定 义 和 ＷＯ Ｋ 是 分 析 多 ＾源 节 点 和 Ｆ标 节 点 之 『 的 传 输 延 ＡＳＣ矢 Ｒ 、 Ｉ １ ＝ ｆ ； Ｊ 库。 包则主要用来包含程序 中用到的各种数据 、 时 ， 析最 小 时 钟 周 期 和最 大 的 电路 下作 频 率 。 分 常量 、 子程序等。 设 计输 入 阶 段 ， 以采 用 …种 “ 可 自下 而 上 ” 的 在 Ｖ Ｉ语言 中， ＨＤ 库的声明和包的使朋总 层次化的 没汁输入 方法 。首先是将要设计 的功 是放在设计单元 的前面（ 如图 １所示） ： 能分成若 于个模块 ， 建立这些低层次的设计 ， 然 这 里 ＩＥ Ｅ Ｅ是 库 名 ，Ｔ — Ｏ Ｉ— ６ Ｓ Ｄ Ｌ Ｇ Ｃ Ｉ ４是 再 将 它 们 Ｎ组 台 在 一起 ．形 成 单 一的顶 层 设 计 言进行 电子电路的设计 ，其特点是以软件工具 １ － ＩＥ Ｅ Ｅ库巾的 一 个包 ， 了上面这两条席说明语 文 件 一 兑 ，硬 件描 述 语言 擅 长 于 行 为 描 为核心 ， 有 般 来 通过这些软件完成产品开发的设计 、 电 句 ，下 面 的 设 计 单 元 就 可 以 使 用 ｓ Ｄ Ｌ Ｇ— 述 ， 原 理 图输 入 对 于结 构 描 述较 方 便 ， Ｔ—Ｏ 而 因此 我 路 分 析 （ 辑 功 能 仿 真 ）纠 错 和 验 证 、 逻 、 自动 布 局 Ｉ １６ Ｃ １４包 中 定义 的数 据 类 型 和 各 种 函 数 Ｔ Ｈ １ ， Ｊ Ｖ ） 用 Ｈ１ Ｌ语 言 进行 底 层 模 块 的描 述 ， 原 理 布 线 、 用 时序 仿真ｆ 布线延 迟分析） 等各项 测试工 于 Ｖ Ｌ代 码 完 全 由文 字纲 成 ， 传 境 的设 计 阁 法 出 顶层 的 连 接 结 构 。列 于大 型 的 电子 电 作 ，最 后 通 过综 合 器 和 适 配器 生 成 最 终 的 目标 ＨＤ 而 往往是一张张的原理图，这二者之间存 在 一 定 路 系 统层 次 化 设 计 有很 多 好处 ，它 可 以 对 低 层 器件 ， 从而实现电子 电路的 自动化设计 。 的对应关系 ， 我们都知道 ， 传境的原 图总是由 次的子模块逐一进行设计 、 仿真和验证 ， 而后将 结 束 语 ． 线和一些符号相互连接而构成 ，实体足 与符号 子模 块 构 成 若 下个 大模 块 ，最 后 建 造 一 个 总 的 通过上述例子可知 ，采用 Ｖ Ｄ 硬件语言 ＨＩ 相对应的 ，因为它规定 了一个设 计单元对外 的 议 汁 童 方 式 有 助 于 计 者 构 思 和 减 少错 误 进行电子 电路的设计 ，其特点是 以软件工具为 种 设 接 口信号构遗 体则是 与某 一层 的原理 图相对 ＭＡ Ｐ Ｕ １ 件 提 供 了层 次 显 示 程 序 ， 以 核心， Ｘ＋ Ｌ Ｓ １软 可 通过这些软件完成产 品开发的设计 、 电路 应 ，因为它总是 与某个实体相关 ，并对该实体 显示 整 个 设 计方 案 的层 次 结 构 ，行 允许 设 计 者 分 析（ 逻辑功能仿 真）纠错和验证 、 、 自动布 局布 的结构和行为进行描述。 打 开 仟 意层 次 的 设 计 文 件 冈此 能 利用 此 性 能 线 、 时序仿真ｆ 布线延迟 分析） 等各项测试工作 ， ２ ＶＨ Ｌ语 言在 电子 电路巾的应用 Ｄ 盘 看 和修 改低 层 次 文 件 下 面 举例 分 析 给 出 汁数 最 后通过综 合器 和适 配器 生成 最终 的 目标器 Ｖ ＤＬ语 言 主 要 用 于 描 述 电 子 电 路 系 统 模 块 的 Ｖ Ｌ文 件 。这 是 一 个 模 ｌ 数 器 ， Ｈ ＨＤ ０计 其 件 ， 从而实现电子电路 的自动化设计 。 电子电路 的结构 、 行为 、 能和接 口， 功 与其他硬件描 述语 中：ｌＰ 为清零端 ；ｃｋ为时钟输入端 ；ｏ为进 自动化代表 了当今 电子设计技术的最新发展方 ｃ ｄ ｅ＂ ｌ ｃ 言相比， ＨＤ Ｖ Ｌ语 言有如下优越之处 ： 位输 出端 ；ａ为 ４位 Ｂ Ｄ码 输 出端 。如 图 ２所 向。我国电子电路技术的应用水平长期落后于 ｑ Ｃ （ ２１ Ｖ Ｌ语 占支 持 自上 而下 （ ｏ ｏ ｎ） 示 ） ． ＨＤ ＴｐＤｗ 。 发达国家 ，因此 电子工程人员应该尽早掌握这 和 基 于 库 （ ｉｒｒＢ ｓ ） 设 计方 法 ， 支持 同 Ｌｂａｙ ａｅ 的 还 在 Ｃ ｍ ｉ ｒＥ ｉ ｒ中 ， 编 译 述 文 件 ， ｏ ｐｌ ｄｔ ｅ ｏ 先进技术 ， 这不仅是提高设计效率的需要， 更 步电路 、 异步电路 、Ｐ Ａ以及其他随机 电路 的 ＭＡ ＋ ［ Ｓ Ｉ将对 文件进行检查语法错误 、 ＦＧ Ｘ Ｐ １ Ｕ 建 是我国电子工业在世界市场上生存 、竞争与发 设计 ； 库 、 辑综合 、 逻 划分和适配等分 析 ， 并产生一 系 展 的需 要 。 ２２ Ｖ ＤＬ语 言 具 有 多 层 次 描 述 系 统 硬 件 列 有 关文 件 。然 后 ， Ｗａｅ — ｍ ｄｔｒ ． Ｈ 在 ｖｆ ｏ Ｅ ｉ 中建 立 ｉ ｏ 功 能 的能 力 ，可 以从 系 统 的 数学 模 型 直 到 门级 波形编辑输入文ｆ ， ， 冉打开仿真器进行仿真 ， 十 以 电路 ，其 高 层 次 的 行 为 描 述 可 以 与 低 层 次 的 验 证 没 汁输 入 的 了 确 与 否 ，采 用 Ｖ Ｉ硬 件 语 Ｆ ＨＤ