VHDL語言及其應(yīng)用介紹

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)正朝高速度、大容量、小體積的方向發(fā)展，傳統(tǒng)的自 底而上的設(shè)計(jì)方法已難以適應(yīng)形勢。EDA(Electronic Design Automation)技術(shù) 的應(yīng)運(yùn)而生，使傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)發(fā)生了根本的變革。EDA技術(shù)就是依賴功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，在EDA工具軟件平臺(tái)上，對以硬件描述語言VHDL(Very High Speed Integrated Circui t Hardware Description Language)為系統(tǒng)邏輯描述手段自頂而下地逐層完成相應(yīng)的描述 、綜合、優(yōu)化、仿真與驗(yàn)證，直至生成器件。VHDL語言是目前應(yīng)用于數(shù)字系統(tǒng)仿真最為實(shí) 用的語言之一。

　　1VHDL特點(diǎn)

　　VHDL語言最早由美國國防部提出。用VHDL語言進(jìn)行數(shù)字邏輯電路和數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是電子電路設(shè)計(jì)方法上的一次革命性變革。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比，VHDL描述電路行為的算法有很多優(yōu)點(diǎn)：

　　(1) 設(shè)計(jì)層次較高、用于較復(fù)雜的計(jì)算時(shí)，能盡早發(fā)現(xiàn)存在的問題，縮短設(shè)計(jì)周期。

　　(2) 獨(dú)立實(shí)現(xiàn)，修改方便，系統(tǒng)硬件描述能力強(qiáng)。

　　(3) 可讀性好，有利于交流，適合于文檔保存。

　　(4) VHDL語言標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、移植性強(qiáng)。

　　(5) VHDL類型眾多而且支持用戶自定義類型，支持自頂而下的設(shè)計(jì)方法和多種電路的設(shè)計(jì)。

　　2 數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程

　　VHDL按要求對系統(tǒng)進(jìn)行描述，然后綜合、仿真、適配，當(dāng)確認(rèn)設(shè)計(jì)符合要求時(shí)，再將設(shè)計(jì)映 射至實(shí)際的邏輯器件中，設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

　　VHDL語言已日益成為一種通用的硬件設(shè)計(jì)交換媒介，計(jì)算機(jī)輔助工程軟件的供應(yīng)商已把VHDL作為其CAD或EDA軟件輸入與輸出的標(biāo)準(zhǔn)。其中ALTERA公司提供了一套十分有特色的綜合工具M(jìn)AX+PLUSⅡ，他提供了全面的邏輯設(shè)計(jì)能力，從編輯、綜合、布線到仿真、下載一氣呵成，十分方便。

　3 設(shè)計(jì)實(shí)例及仿真結(jié)果

　　3.1 設(shè)計(jì)實(shí)例

　　以交通信號燈主控制電路的設(shè)計(jì)為例，應(yīng)用MAX+PLUSⅡ軟件平臺(tái)，來說明VHDL語言在EDA仿真中的應(yīng)用。設(shè)有一個(gè)主干道與支干道的交叉路口，每邊都設(shè)有紅、黃、綠信號燈，設(shè)計(jì)一 個(gè)控制器優(yōu)先保證主干道的暢通。該設(shè)計(jì)實(shí)例的基本功能描述為：

　　(1)平時(shí)處于“主干道綠燈，支道紅燈”狀態(tài)，只有在支道有車輛要穿行主干道時(shí)，才將交通燈切向“主干道紅燈，支道綠燈”。

　　(2)一旦支道無車輛通過路口，交通燈又回到“主干道綠燈，支道紅燈”的狀態(tài)。

　　(3)主干道和支干道每次通行的時(shí)間不得短于30 s，在兩個(gè)狀態(tài)交換過程出現(xiàn) “主黃，支紅”和“主紅，支黃”狀態(tài)，持續(xù)時(shí)間都是4 s。該功能描述的狀態(tài)圖如圖2所示。

　　因?yàn)橹鞲傻篮椭Ц傻栏饔?種燈(紅、黃、綠)，他們在正常工作時(shí)，發(fā)亮的燈只有4種可能：

　　(1)主綠燈和支紅燈亮——主干道通行。

　　(2)主黃燈和支紅燈亮——主干道停車。

　　(3)主紅燈和支綠燈亮——支干道通行。

　　(4)主紅燈和支黃燈亮——支干道停車。

　　根據(jù)交通燈信號控制的要求，可把他分解為定時(shí)器和控制器兩部分。CLK：時(shí)鐘脈沖;SM ：主干道來車信號;SB：支干道來車信號;MR：主干道紅燈;MY：主干道黃燈;MG：主干道 綠燈;BR：支干道紅燈;BY：支干道黃燈;BG：支干道綠燈。主控制電路設(shè)計(jì)程序如下：