Ứng dụng ngôn ngữ VHDL trong thiết kế phần cứng


Ngôn ngữ VHDL được cung cấp để hổ trợ phát triển các hệ thống phần cứng dựa trên các loại mạch(chip) tích hợp tốc độ cao(VHSIC-Very High Speed Integrated Circuit). Việc sử dụng các loại chíp kiểu này đã thay thế dần các IC logic mà thường được sử dụng trong việc thiết kế mạch số, đem lại nhiều lợi ích và thuần tiện trong việc phát triển các hệ thống số mà phương thức thiết mạch số truyền thống khó hoặc không thể thực hiện được.

VHDL là 1 loại ngôn ngữ mô tả phần cứng. Hiện nay có nhiều loại ngôn ngữ mô tả phần cứng đang được sử dụng như là verilog hay ABEL… mỗi ngôn ngữ có nhưng ưu điểm và thuận tiện cho người sử dụng. Ở đây chúng ta không so sánh giữa các ngôn ngữ miêu tả phần cứng với nhau. Việc quan trong là phải nắm bắt và sử dụng thành thao 1 loại ngôn ngữ khi mới bắt đầu tiếp cận với việc thiết kế hệ thống mạch số dựa trên các chip tích hợp.
VHDL không phải là 1 ngôn ngữ lập trình tuy vậy nó cung được hỗ trợ các cấu trúc, cú pháp như giống như những ngôn ngữ lập trình thông dụng như C hay Basic. Do vậy VHDL sẽ phải lược bỏ đi những phần không thích hợp khi áp dụng cho việc thiết kế 1 phần cứng chứ không phải 1 phần mềm. VHDL là ngôn ngữ miêu tả phần cứng khá thông dụng có thể tương thích với nhiều môi trương ( công cụ) phát triển cho chip của nhiều hãng sản xuất chip khác nhau.
Sử dụng VHDL để miêu tả phần cứng tức là chỉ rõ cách thức giao tiếp của mạch cứng với các mạch bên ngoài và hoạt động, cấu trúc bên trong của mạch để nó có thể đáp ứng và xử lý các tín hiệu khi lắp ghép nó vào 1 hệ thống . Cách thức giao tiếp bao gồm việc thống kê số lượng các chân giao tiếp với mạch bên ngoài và định dạng cho chúng là chân nhập hay là xuất tín hiệu.
Sự miêu tả ở đây có các mức như miêu tả cấu trúc (Structural) và miêu tả cách thức, đặc tính (behavioral)
Miêu tả cấu trúc hệ thống tức là miêu tả hệ thống thông qua tập hợp các cổng logic cơ bản hoặc các thành phần được hỗ trợ và cách thức kết nối giũa các thành phần đó với nhau. Hình thức miêu tả này đã được sử dụng nhiều trong các công cụ thiết kế phần cứng truyền thống. còn đối với ngôn ngữ VHDL thì việc sử dụng cách thức miêu tả này thông qua các toán tử logic (AND, OR,..) tương ứng với các thành phần logíc cơ bản kết hợp các toán tử này để hình thành lên cấu trúc số.
Hình thức miêu tả cao nhất là behavioral. Hình thức này sẽ chỉ cách thức xử lý tín hiệu khi nó đi qua hệ thống. Mô tả behavioral được chia thành 2 hình thức miêu tả đó là dataflow và Algorithmic. Người thiết kế có thể kết hợp các hình thức miêu tả này với nhau trong file thiết kế của mình.
Mức mô tả behavioral thường được người thiết kế sử dụng do với hình thức mô tả này thì người thiết kế không phải quan tâm nhiều đến cấu trúc phần cứng bên trong của hệ thống mà chỉ tập chung vào mổ tả hay định hình việc xử lý dữ liệu của hệ thống. Còn đối với mức mô tả cấu trúc thì đòi hỏi người thiết kế phải nắm bắt và xây dựng cấu trúc của hệ thống thông qua các phần tử logic cơ bản, khi đó đòi hỏi người thiết kế phải có rất nhiều kinh nghiệm trong việc thiết kế mạch số và quá trình phân tích hệ thống rất khó khăn. Thông thường người thiết kế thường sử dụng kiểu mô tả này để ghép nỗi các phần đã được thiết kế của hệ thống vời nhau.
Cấu trúc của 1 file thiết kế dữa trên ngôn ngữ VHDL thông thường bao gồm 3 phần
-phần khai báo các thư viện sử dụng trong thiết kế.
-phần khai báo đối tượng thiết kế .
-phần mô tả cấu trúc của đối tượng.
Trên 1 bản thiết kê có thể có nhiều đối tượng thiết kế được lặp ghép với nhau. Mỗi đối tượng (entry) có thể hiểu như là 1 module mạch hay 1 tổ hợp logic. Các chân giao tiếp của đối tượng phải được định nghĩa trong phần khai báo đối tượng.
Trong phần mô tả cấu trúc của đối tượng thì người thiết kế sẽ sử dụng các mức mô tả đã đề cập phía trên để mô tả cấu trúc bên trong hay cách thức xử lý tín hiệu của đối tượng thiết kế.
Bài viết này không đề cập sâu về cú pháp hay kỹ thuật lập trình của ngôn ngữ VHDL mà chỉ trình bày một cách tổng quan về cách thức sử dụng ngôn ngữ miêu tả trong thiết kế phần cứng có sử dụng các vi mạch tổ hợp.
Trong những bài viết tiếp theo sẽ đề cập sâu hơn về nhưng vấn đề này.
Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s