硬件描述语言第01讲

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1、硬件描述语言及器件教材：侯伯亨，等.VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计.主讲教师：苏淑靖12/13学年第1学期教学安排第1讲：VHDL概述及其基本结构第2讲：VHDL的基本元素第3讲：VHDL的结构体描述，进程第4讲：VHDL的顺序语句第5讲：VHDL的并行语句第6讲：基本逻辑电路设计第7讲：计数器和状态机第1讲：VHDL概述及其基本结构1.1概述1.2VHDL代码如何变成电路1.3VHDL程序基本结构1.4MAX＋plusII快速入门1.1概述概念：VHDL是[VHSIC（VeryHighSpeedIntegratedCircuit）HardwareDescriptionsL

2、anguage]超高速集成电路的硬件描述语言。能够描述硬件电路的结构、行为与功能。历史及地位：随着大规模专用集成电路ASIC(Application-specificIC)的发展，为了提高开发的效率，增加已有成果的可继承性，各ASIC研制和生产厂家相继开发了用于各自目的的硬件描述语言。其中最有代表性的是美国国防部开发的VHDL语言。Viewlogic公司开发的VerilogHDL以及ALTERA公司开发的AHDL语言。VHDL语言在1987年被IEEE1076标准接纳，且在1993年进行了扩展，修订为新的VHDL语言标准IEEE1164，1996年，IEEE1076.3成为VHDL

3、的综合标准。1995年，中国国家技术监督局发布的《CAD通用技术规范》中也明确推荐采用VHDL作为我国电子设计自动化硬件描述语言的国家标准。VHDL语言的作用打破软、硬件的界限，用软件设计数字电路硬件系统，美国硅谷约有80%的ASIC和FPGA/CPLD可编程逻辑器件已采用HDL进行设计；把所设计的数字系统做成一片大规模集成电路，则不仅能减小电路的体积、重量、功耗，而且会使电路的可靠性大为提高。为某种专门用途而设计的集成电路叫做专用集成电路，即所谓的ASIC（ApplicationSpecificIntegratedCircuit的缩写）。在用量不大的情况下，设计和制造这样的专用集

4、成电路成本很高、设计制造周期长。可编程逻辑器件的研制为解决上述问题提供了比较理想的途径。VHDL语言载体背景可编程逻辑器件PLD（ProgrammableLogicDevice）：是一种数字集成电路的半成品，其上按一定排列方式集成了大量的逻辑门和触发器等基本逻辑元件。通过编程可以实现数字电路的功能。PLD编程:利用开发工具对PLD进行片内器件的连接，使之完成某个逻辑电路或系统的功能，成为一个专用集成电路ASIC。PLD开发系统：包括硬件和软件两部分。硬件部分：计算机、下载电缆或编程器；软件部分：集成开发系统。Altera公司：MaxplusⅡ、QuartusⅡXilinx公司：Fo

5、undation、ISELattice公司：SynarioSystem、ispEXPERTSystemVHDL语言载体背景设计准备设计输入设计处理器件编程功能仿真时序仿真器件测试设计准备：首先要进行方案论证和器件选择。设计者根据任务要求，分析系统可行性。系统的可行性要受到逻辑要求合理性、成本、开发条件、器件供应等方面的约束。若系统可行，则根据系统所完成的功能及复杂程度，对器件本身的资源和成本、工作速度及连线的可布性等方面进行权衡，选择合适的设计方案和合适的器件类型。VHDL语言载体背景：设计流程设计输入：将设计的电路逻辑功能按照开发系统要求的形式表达出来，有如下三种方式：（1）原理

6、图输入方式适用于对系统及各部分电路很熟悉的场合。（2）硬件描述语言输入方式硬件描述语言是用文本方式描述设计，硬件描述语言有ABEL、AHDL、VHDL、Verilog等，其中VHDL和Verilog已成为IEEE标准。（3）波形输入方式VHDL语言载体背景：设计流程设计处理逻辑优化：把逻辑描述转变为最适合在器件中实现的形式，优化使设计所占用的资源最少。逻辑综合：将多个模块化设计文件合并为一个网表文件。适配：确定优化后的逻辑能否与器件中的宏单元和I/O单元适配。分割：将大的设计分割为多个便于器件内部资源实现的逻辑小块的形式。布局与布线：将已分割的逻辑小块放到器件内部逻辑资源的具体位置

7、并利用布线资源完成各功能块之间的连接。生成编程文件：生成可供器件编程使用的数据文件。VHDL语言载体背景：设计流程器件编程：将开发系统生成的目标文件下载到可编程逻辑器件中，来定义内部模块的逻辑功能以及它们的相互连接关系。下载电缆VHDL语言载体背景：设计流程VHDL语言设计硬件电路的优点1）设计技术齐全，方法灵活，支持广泛；2）硬件描述能力强；3）硬件描述语言VHDL可以与工艺无关地进行编程；4）语言标准、规范，易于共享和复用；5）可以仿真验证及优化。1.2VHDL代