经典的综述硬件描述语言.doc

硬件描述语言浏览次数：约491次 硬件描述语言HDL是一种用形式化方法描述数字电路和系统的语言。利用这种语言，数字电路系统的设计可以从上层到下层（从抽象到具体）逐层描述自己的设计思想，用一系列分层次的模块来表示极其复杂的数字系统。然后，利用电子设计自动化（EDA）工具，逐层进行仿真验证，再把其中需要变为实际电路的模块组合，经过自动综合工具转换到门级电路网表。接下去，再用专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA自动布局布线工具，把网表转换为要实现的具体电路布线结构。目录 硬件描述语言的概述 硬件描述语言的结构 硬件描述语言的优点 硬件描述语言的用途 硬件描述语言开发流程 硬件描述语言与原理图输入法的关系 硬件描述语言的发展硬件描述语言的概述随着EDA技术的发展，使用硬件语言设计PLD/FPGA成为一种趋势。目前最主要的硬件描述语言是VHDL和Verilog HDL。 VHDL发展的较早，语法严格，而Verilog HDL是在C语言的基础上发展起来的一种硬件描述语言，语法较自由。 VHDL和Verilog HDL两者相比，VHDL的书写规则比Verilog烦琐一些，但verilog自由的语法也容易让少数初学者出错。 国外电子专业很多会在本科阶段教授VHDL,在研究生阶段教授verilog。从国内来看，VHDL的参考书很多，便于查找资料，而Verilog HDL的参考书相对较少，这给学习Verilog HDL带来一些困难。 从EDA技术的发展上看，已出现用于CPLD/FPGA设计的硬件C语言编译软件，虽然还不成熟，应用极少，但它有可能会成为继VHDL和Verilog之后，设计大规模CPLD/FPGA的又一种手段。 硬件描述语言浏览次数：约491次 硬件描述语言HDL是一种用形式化方法描述数字电路和系统的语言。利用这种语言，数字电路系统的设计可以从上层到下层（从抽象到具体）逐层描述自己的设计思想，用一系列分层次的模块来表示极其复杂的数字系统。然后，利用电子设计自动化（EDA）工具，逐层进行仿真验证，再把其中需要变为实际电路的模块组合，经过自动综合工具转换到门级电路网表。接下去，再用专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA自动布局布线工具，把网表转换为要实现的具体电路布线结构。目录 硬件描述语言的概述 硬件描述语言的结构 硬件描述语言的优点 硬件描述语言的用途 硬件描述语言开发流程 硬件描述语言与原理图输入法的关系 硬件描述语言的发展硬件描述语言的概述 随着EDA技术的发展，使用硬件语言设计PLD/FPGA成为一种趋势。目前最主要的硬件描述语言是VHDL和Verilog HDL。 VHDL发展的较早，语法严格，而Verilog HDL是在C语言的基础上发展起来的一种硬件描述语言，语法较自由。 VHDL和Verilog HDL两者相比，VHDL的书写规则比Verilog烦琐一些，但verilog自由的语法也容易让少数初学者出错。 国外电子专业很多会在本科阶段教授VHDL,在研究生阶段教授verilog。从国内来看，VHDL的参考书很多，便于查找资料，而Verilog HDL的参考书相对较少，这给学习Verilog HDL带来一些困难。 从EDA技术的发展上看，已出现用于CPLD/FPGA设计的硬件C语言编译软件，虽然还不成熟，应用极少，但它有可能会成为继VHDL和Verilog之后，设计大规模CPLD/FPGA的又一种手段。 硬件描述语言的结构硬件描述语言的优点 （1）与其他的硬件描述语言相比，VHDL具有更强的行为描述能力，从而决定了他成为系统设计领域最佳的硬件描述语言。强大的行为描述能力是避开具体的器件结构，从逻辑行为上描述和设计大规模电子系统的重要保证。（2）VHDL丰富的仿真语句和库函数，使得在任何大系统的设计早期就能查验设计系统的功能可行性，随时可对设计进行仿真模拟。（3）VHDL语句的行为描述能力和程序结构决定了他具有支持大规模设计的分解和已有设计的再利用功能。符合市场需求的大规模系统高效，高速的完成必须有多人甚至多个代发组共同并行工作才能实现。（4）对于用VHDL完成的一个确定的设计，可以利用EDA工具进行逻辑综合和优化，并自动的把VHDL描述设计转变成门级网表。（5）VHDL对设计的描述具有相对独立性，设计者可以不懂硬件的结构，也不必管理最终设计实现的目标器件是什么，而进行独立的设计。硬件描述语言的用途 HDL有两种用途：系统仿真和硬件实现。 如果程序只用于仿真，那么几乎所有的语法和编程方法都可以使用。 但如果我们的程序是用于硬件实现（例如：用于FPGA设计），那么我们就必须保证程序可综合（程序的功能可以用硬件电路实现）。 不可综合的HDL语句在软件综合时将被忽略或者报错。 我们应当牢记一点：所有的HDL描述都可以用于仿真，但不是所有的HDL描述都能用硬件实现。 硬件描述语言开发流程 用VHDL/VerilogHD语言开发PLD/FPGA的完整流程为：1.文本编辑：用任何文本编辑器都可以进行，也可以用专用的HDL编辑环境。通常VHDL文件保存为.vhd文件，Verilog文件保存为.v文件2.功能仿真：将文件调入HDL仿真软件进行功能仿真，检查逻辑功能是否正确（也叫前仿真，对简单的设计可以跳过这一步，只在布线完成以后，进行时序仿真）3.逻辑综合：将源文件调入逻辑综合软件进行综合，即把语言综合成最简的布尔表达式和信号的连接关系。逻辑综合软件会生成.edf（edif）的EDA工业标准文件。4.布局布线：将.edf文件调入PLD厂家提供的软件中进行布线，即把设计好的逻辑安放到PLD/FPGA内5.时序仿真：需要利用在布局布线中获得的精确参数，用仿真软件验证电路的时序。（也叫后仿真）6.编程下载：确认仿真无误后，将文件下载到芯片中硬件描述语言与原理图输入法的关系 HDL和传统的原理图输入方法的关系就好比是高级语言和汇编语言的关系。HDL的可移植性好，使用方便，但效率不如原理图；原理图输入的可控性好，效率高，比较直观，但设计大规模CPLD/FPGA时显得很烦琐，移植性差。在真正的PLD/FPGA设计中，通常建议采用原理图和HDL结合的方法来设计，适合用原理图的地方就用原理图，适合用HDL的地方就用HDL，并没有强制的规定。在最短的时间内，用自己最熟悉的工具设计出高效，稳定，符合设计要求的电路才是我们的最终目的。硬件描述语言的发展硬件描述语言HDL的发展至今已有20多年的历史，并成功地应用于设计的各个阶段：建模、仿真、验证和综合等。到20世纪80年代，已出现了上百种硬件描述语言，对设计自动化曾起到了极大的促进和推动作用。但是，这些语言一般各自面向特定的设计领域和层次，而且众多的语言使用户无所适从。因此，急需一种面向设计的多领域、多层次并得到普遍认同的标准硬件描述语言。20世纪80年代后期，VHDL和Verilog HDL语言适应了这种趋势的要求，先后成为IEEE标准。现在，随着系统级FPGA以及系统芯片的出现，软硬件协调设计和系统设计变得越来越重要。传统意义上的硬件设计越来越倾向于与系统设计和软件设计结合。硬件描述语言为适应新的情况，迅速发展，出现了很多新的硬件描述语言，像Superlog、SystemC、Cynlib C+等等。 维库电子通，电子知识，一查百通！已收录词条37611个更多一周热门词条排行合作交流提交缺少的词条,友情链接洽谈，网站改进意见。在线联系：更多硬件描述语言相关技术资料 EDA的硬件描述语言编程实现法 电子设计自动化中的硬件描述语言 硬件描述语言 硬件描述语言HDL的现状与发展意义 大二下学期我学习了VHDL，用的是QUARTUS 5.0开发平台，讲课的老师总提到并行与串行的概念，当时并不理解，只是像编软件程序一样对付过了期末考试。现在大三下了，开了EDA的课程，主要学习Vrilog HDL。讲课的老师蛮强的，而且也做过不少电路设计，听他讲起来，觉得有点醒悟了，也真正开始体会到了硬件描述语言与编写软件的区别。他常说，HDL是一种描述电路的工具，当你描述的时候，你的脑海里应当有一个电路大致的形式，比较一下综合出来的电路与自己想像的有什么不同，这样才会慢慢提高。 这里提到了综合，我觉得这是硬件描述语言与纯软件语言的一个区别。以Vrilog HDL为例，综合就是采用Vrilog HDL语言描述的寄存器传输级电路模型构造出门级网表的过程。综合可能是个中间步骤，它生成的网表是由导线相互连接的寄存器传输级功能模块（如触发器、ALU、多路选择器）组成的。是否可综合，也就意味着所描述的电路是否是实际可实现的。至于所描述的电路如何综合，这取决于所用的开发平台，比如Vrilog HDL中的变量既可以是网线数据类型，也可以是寄存器数据类型的。综合时，会把网线型变量映射成硬件中的连线，而寄存器型变量则要根据其被赋值的上下文环境来确定是映射成连线还是映射成存储原件（触发器或储存器）。硬件描述语言HDL（Hardware Description Language）是一种用形式化的方法来描述数字电路和系统的语言。数字电路系统的设计者利用这种语言可以从上层到下层（从抽象到具体），逐层描述自己的设计思想，用一系列分层次的模块来表示极为复杂的数字系统。然后利用EDA工具逐层进行仿真验证，再把其中需要变成具体物理电路的模块组合经由自动综合工具转换成门级电路网表。接下来用专用集成电路（ASIC）或现场可编程门阵列（FPGA）自动布局布线工具把网表转换成具体的电路布线结构。硬件描述语言的发展至今已经有20多年的历史。现在主要的语言VHDL(Very High Speed Integerated Hardware Description Language)和Verilog HDL（Verilog Hardware Description Language）适应了历史发展的趋势和要求，先后成为IEEE标准。由我看来，语言的出现就是用语言描述替代图形化（元件拼凑）设计，把我们要实现的功能和思想用语言的形式写出来，转换成实际电路的工作就交给EDA工具去做，从而简化了我们设计的工作，节约了开发的时间。也可以这么说，对于硬件不是特别明白的人也不必要去了解过多的关于电路的东西就可以开始做开发，对于科研人员可能更为有用。历史VHDL的英文全名是Very-High-Speed Integrated Circuit HardwareDescription Language,诞生于1982年。1987年底，VHDL被IEEE和美国国防部确认为标准硬件描述语言 。自IEEE公布了VHDL的标准版本，IEEE-1076（简称87版)之后，各EDA公司相继推出了自己的VHDL设计环境，或宣布自己的设计工具可以和VHDL接口。此后VHDL在电子设计领域得到了广泛的接受，并逐步取代了原有的非标准的硬件描述语言。1993年，IEEE对VHDL进行了修订，从更高的抽象层次和系统描述能力上扩展VHDL的内容，公布了新版本的VHDL，即IEEE标准的1076-1993版本，（简称93版）。现在，VHDL和Verilog作为IEEE的工业标准硬件描述语言，又得到众多EDA公司的支持，在电子工程领域，已成为事实上的通用硬件描述语言。有专家认为，在新的世纪中，VHDL于Verilog语言将承担起大部分的数字系统设计任务。 VHDL语言是一种用于电路设计的高级语言。它在80年代的后期出现。最初是由美国国防部开发出来供美军用来提高设计的可靠性和缩减开发周期的一种使用范围较小的设计语言 。VHDL的英文全写是：VHSIC（Very High Speed Integrated Circuit）Hardware Descriptiong Language.翻译成中文就是超高速集成电路硬件描述语言。因此它的应用主要是应用在数字电路的设计中。目前，它在中国的应用多数是用在FPGA/CPLD/EPLD的设计中。当然在一些实力较为雄厚的单位，它也被用来设计ASIC。VHDL主要用于描述数字系统的结构，行为，功能和接口。除了含有许多具有硬件特征的语句外，VHDL的语言形式和描述风格与句法是十分类似于一般的计算机高级语言。VHDL的程序结构特点是将一项工程设计，或称设计实体（可以是一个元件，一个电路模块或一个系统）分成外部（或称可是部分,及端口)和内部（或称不可视部分），既涉及实体的内部功能和算法完成部分。在对一个设计实体定义了外部界面后，一旦其内部开发完成后，其他的设计就可以直接调用这个实体。这种将设计实体分成内外部分的概念是VHDL系统设计的基本点 VHDL系统设计的基本点与其他硬件描述语言相比，VHDL具有以下特点：功能强大、设计灵活。VHDL具有功能强大的语言结构，可以用简洁明确的源代码来描述复杂的逻辑控制。它具有多层次的设计描述功能，层层细化，最后可直接生成电路级描述。VHDL支持同步电路、异步电路和随机电路的设计，这是其他硬件描述语言虽不能比拟的。VHDL还支持各种设计方法，既支持自底向上的设计，又支持自顶向下的设计；既支持模块化设计，又支持层次化设计。支持广泛、易于修改。由于VHDL已经成为IEEE标准所规范的硬件描述语言，目前大多数EDA工具几乎都支持VHDL，这为VHDL的进一步推广和广泛应用奠定了基础。在硬件电路设计过程中，主要的设计文件是用VHDL编写的源代码，因为VHDL易读和结构化，所以易于修改设计。强大的系统硬件描述能力。VHDL具有多层次的设计描述功能，既可以描述系统级电路，又可以描述门级电路。而描述既可以采用行为描述、寄存器传输描述或结构描述，也可以采用三者混合的混合级描述。另外，VHDL支持惯性延迟和传输延迟，还可以准确地建立硬件电路模型。VHDL支持预定义的和自定义的数据类型，给硬件描述带来较大的自由度，使设计人员能够方便地创建高层次的系统模型。独立于器件的设计、与工艺无关。设计人员用VHDL进行设计时，不需要首先考虑选择完成设计的器件，就可以集中精力进行设计的优化。当设计描述完成后，可以用多种不同的器件结构来实现其功能。很强的移植能力。VHDL是一种标准化的硬件描述语言，同一个设计描述可以被不同的工具所支持，使得设计描述的移植成为可能。易于共享和复用。VHDL采用基于库（Library）的设计方法，可以建立各种可再次利用的模块。这些模块可以预先设计或使用以前设计中的存档模块，将这些模块存放到库中，就可以在以后的设计中进行复用，可以使设计成果在设计人员之间进行交流和共享，减少硬件电路设计。优点（1）与其他的硬件描述语言相比，VHDL具有更强的行为描述能力，从而决定了他成为系统设计领域最佳的硬件描述语言。强大的行为描述能力是避开具体的器件结构，从逻辑行为上描述和设计大规模电子系统的重要保证。（2）VHDL丰富的仿真语句和库函数，使得在任何大系统的设计早期就能查验设计系统的功能可行性，随时可对设计进行仿真模拟。（3）VHDL语句的行为描述能力和程序结构决定了他具有支持大规模设计的分解和已有设计的再利用功能。符合市场需求的大规模系统高效，高速的完成必须有多人甚至多个代发组共同并行工作才能实现。（4）对于用VHDL完成的一个确定的设计，可以利用EDA工具进行逻辑综合和优化，并自动的把VHDL描述设计转变成门级网表。（5）VHDL对设计的描述具有相对独立性，设计者可以不懂硬件的结构，也不必管理最终设计实现的目标器件是什么，而进行独立的设计。修改区 本文介绍了在数字电路设计中,随着计算机技术、超大规模集成电路（CPLD、 FPGA）的发展和硬件描述语言（HDL, Hardware Description Language）的出现， 软、 硬件设计之间的界限被打破， 数字系统的硬件设计可以完全用软件来实现，只要掌握了 HDL语言就可以设计出各种各样的数字逻辑电路。 EDA的未来发展和技术方向在集成电路制造工艺发展的过程中，微电子设计工业已经达到了深亚微米时代， 在 EDA设计中主要有软硬件协同设计的要求，现有的工具支持SOC大规模设计尚有难度，迫切需要提高设计能力。在设计语言中，由于 VHDL 和VerilogHDL是目前通用的设计语言，在设计大系统不够方便直观， 所以人们正在进一步完善。电子产品随着技术的进步，更新换代速度日新月异，而掌握电子产品开发研制的动力源 EDA技术， 是我们国家工程设计人员不可推卸的责任，因为中国的设计公司大多还处在发展的初级阶段