verilog_hdl教程_硬件描述语言课件.ppt

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1、硬件描述语言及通信系统设计相关安排8个学时理论（40分）+24学时设计（60分）内容：1VerilogHDL4学时（20分）2VHDL4学时（20分）3设计24学时4个课题（每个15分）1引言嵌入式？顾名思义，嵌入式系统指的是嵌入到系统内部的计算机系统，是面向特定应用设计的专用计算机系统。　　早期的嵌入式系统一般是以通用处理器或单片机为核心，在外围电路中加入存储器、功率驱动器、通信接口、显示接口、人机输入接口等外围接口，再加上应用软件，有些还加上了嵌入式操作系统，从而构成完整的系统。　　随着微电子技术的进步，SoC已经在很多应用中取代了传统的以

2、单片机为中心的架构，将很多外设和存储器集成在一个芯片中，使系统的功耗和体积越来越小，而功能却越来越强。引言FPGA在嵌入式系统中的应用前景现在的MCU和DSP的功能已经非常强了，但处理能力毕竟还是有限的，厂商在推出一款器件的时候，其性能就已经固定了。当某一款产品的性能无法满足要求时，就必须选用新的处理器，常常意味着重新进行PCB的设计，重新进行各项软硬件的验证测试，所导致的工程资源的浪费是非常惊人的。FPGA是通过逻辑组合来实现各种功能的器件，几乎可以进行任何类型的处理；对于常用的数字信号处理，有些FPGA专门还提供了DSP模块来实现加速；FPGA

3、的并行处理架构非常适合图像处理、数字信号处理等运算密集的应用；用某款芯片无法满足要求时，还可以通过使用同样封装且容量更大的FPGA芯片来提供更高的处理能力，这样就可以保持管脚的兼容性，从而无须对PCB板进行修改；FPGA的可编程性使设计工程师可以随时对设计进行修改，即使在产品部署后也能对设计错误进行更正；FPGA不但可以完成MCU和DSP的各种功能，还可以根据需要生成新的功能，或者调配各项功能之间的资源配比，使同一个硬件电路设计可以满足不同的应用需求；FPGA还可以利用现成的处理器内核，直接生成软处理器，并在其上运行操作系统。由于FPGA是通过逻辑

4、组合来实现功能的，所以其功耗和成本一般高于MCU和DSP。在几年前，FPGA给人的印象一直是高高在上的价格，除了通信、航天、军工、工业等少数行业，FPGA更多地是在扮演原型验证开发的角色，在消费类电子等更广大的市场中迟迟未打开局面。随着Xilinx和Altera竞相采用新的制造工艺，其单位门电路的价格下降得比ASIC还要快，价格在很多应用中已不再是障碍了。特别是在一些需要特定功能的应用中，设计师在市场上找不到可以满足要求的器件，他们就必须自己开发ASIC芯片，或者用FPGA进行设计。但开发ASIC的成本和风险在不断提高，甚至超过了未来的收益，用FP

5、GA就成了一个非常实际的选择。VHDL还是VerilogHDL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。目前，这种高层次(high-level-design

6、)的方法已被广泛采用。据统计，目前在美国硅谷约有90%以上的ASIC和FPGA采用硬件描述语言进行设计。20世纪80年代后期，VHDL和VerilogHDL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、CynlibC++等等。如何选择：对于特大型的系统级数字电路设计，VHDL是较为合适的。对于一个系统芯片设

7、计项目，可以采用的方案有多种：最传统的办法是，在系统级采用VHDL，在软件级采用C语言，在实现级采用Verilog。目前，VHDL与Verilog的互操作性已经逐步走向标准化，但软件与硬件的协调设计还是一个很具挑战性的工作，因为软件越来越成为SOC设计的关键。该方案的特点是：风险小，集成难度大，与原有方法完全兼容，有现成的开发工具；但工具集成由开发者自行负责完成。8循环语句9结构说明语句10编译预处理语句11语句的顺序执行与并行执行12不同抽象级别的VerilogHDL模型13设计技巧1引言2VerilogHDL基本结构3数据类型及常量、变量4运算

8、符及表达式5语句6赋值语句和块语句7条件语句硬件描述语言VerilogHDL101引言一、什么是VerilogHDL二、V