维普资讯 http://www.cqvip.com 科 信Ｉ息｝科｛学 ＶＨ ＤＬ语言在数字电路设计中的应用 熊维 （广东轻工职业技术学院机电工程系，广东广州５１０３００） 摘要：简要介绍了硬件描述语言ＶＨＤＬ语言的特点及ＶＨＤＬ的结构模型和设计方法，并用具体实例介绍了ＶＨＤＬ硬件描述语言在数字电路 系统设计中的应用及设计方法。 关键词：ＶＨＤＬ；数字电路；设计 ｌ引言 近年来，随着数字集成电路技术的发展， 化处理，生成门级描述的网表文件。 ２、５利用适配器将综合后的网表文件针对 图ｌ空调机控制器原理图ｔｅｍｐ＿ｌｏｗ为勺 ；如 果室内温度过低，则ｔｅｍｐ＿ｈｉｇｈ为仃， 用以前传统的方法进行芯片或系统设计已不能 某一具体的目标器件进行逻辑映射操作。 ｔｅｍｐ＿ｌｏｗ为 ｌ 。根据ｔｅｍｐ＿ｈｉｇｈ和ｔｅｍｐ ｌｏｗ 满足要求，迫切需要提高设计效率。能大大降 ２．６将适配器产生的器件编成文件通过编 的值来决定当前的工作状态，并给出相应的制 低设计难度的ＶＨＤＬ设计方法正在被越来越 程器或下载电缆到目标芯片ＦＰＧＡ或ＣＰＬＤ 冷（ｃｏｏ１）和制热（ｈｅａｔ）输出信号。 广泛的采用。ＶＨＤＬ即超高速集成电路硬件描 中。 利用Ｍａｘ＋ｐｌｕｓⅡ软件工具对所编程序进 述语言，诞生于１９８２年。１９８７年底，ＶＨＤＬ ３设计实例分析 行编译、仿真。仿真结果如图２所示，当 被ＩＥＥＥ和美国国防部确认为标准硬件描述语 下面我们就用数字电路中的常见的４选１ ｔｅｍｐ＿ｌｏｗ为“ｌ”，即温度过低，则ｈｅａｔ为 言。此后ＶＨＤＬ在电子设计领域得到了广泛 数据选择器作为设计目标。４选ｌ数据选择器： “１”（制热）；当ｔｅｍｐ＿ｈｉｇｈ为“ｌ”，即温度 的接受，并逐步取代了原有的非标准的硬件描 输入信号４路，控制信号２路，输出信号ｌ 过高，则ｃｏｏｌ为“ｌ” （制冷）。经综合后的 述语言。１９９３年，ＩＥＥＥ对ＶＨＤＬ进行了修 路，４选ｌ数据选择器的ＶＨＤＬ程序设计如 仿真分析表明，该方案是合理可行的。通过仿 订。从更高的抽象层次和系统描述能力上扩展 下 真后，即可编程下载。 ＶＨＤＬ的内容。公布了新版本的ＶＨＤＬ，即 ＩＥＥＥ标准的１０７６—１９９３版本。现在，ＶＨＤＬ 作为ＩＥＥＥ的工业标准硬件描述语言，已成为 删 ｃＨ【 ｌ 一ｕ ｕ ｕ ｕ ｕ ｕ ｕ Ｌ＿Ｊ Ｌ Ｏ 通用硬件描述语言。 －－蜘琅ｌｌｉＩ曲 ＾ Ｉ Ｉ以下详细介绍了利用ＶＨＤＬ语言设计数 ｔｅ｜，ｌ ， ｆ Ｉ 字系统的方法，并给出了设计实例。 －Ｉ掩吐 ｌ ｌ ，Ｉｐ∞谯 Ｉ ｌ Ｉ Ｉ ２ ＶＨＤＬ的特点及其设计方法 ＶＨＤＬ语言主要用于描述数字系统的结 图２仿真结果 构、行为、功能和接口，与其他硬件描述语言 ｌｉｂｒａｒｙ ｉｅｅｅ； 通过对空凋器控制器电路的ＶＨＤＬ的仿 相比，ＶＨＤＬ语言有如下优越之处： ｕｓｅ ｉｅｅｅ ｓｔｄ—ｌｏｇｉｃ—ｌ １６４ ａｌｌ： 真实现，表明ＶＨＤＬ在数字电子电路的设计中 （１）ＶＨＤＬ语言支持自上而下（Ｔｏｐ ｅｎｔｉｔｙ ｓｅｌｓ ｉｓ 具有硬件描述能力强、设计方法灵活、易于修 Ｄｏｗｎ）和基于库（Ｌｉｂｒａｒｙ—Ｂａｓｅ）的设计方法， ｐｏｒｔ（ｄＯ，ｄｌ，ｄ２，ｄ３，ａ，ｂ：ｉｎ ｓ埘ｌｏｇｉｃ： 改等特点。 还支持同步电路、异步电路、ＦＰＧＡ以及其他 ｏｕｔ１ ｏｕｔ ｓｔｄｌｏｇｉｃ）： 结论 随机电路的设计； ｅｎｄ ｓｅｌｓ； 随着信息技术、计算机技术、大规模集 （２）ＶＨＤＬ语言具有多层次描述系统硬 ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｓｅｌｓ ａｒｃ ｏｆ ｓｅｌｓ ｉｓ 成电路的发展和硬件描述语言的出现，数字系 件功能的能力，可以从系统的数学模型直到门 ｓｉｇｎａｌ ｓｅｌ：ｓｔｄｌｏｇｉｃ—ｖｅｃｔｏｒ（１ ｄｏｗｎｔｏ ０）： 统的硬件设计作用于软件设计完全可以实现。 级电路，其高层次的行为描述可以与低层次的 ｂｅｇｉｎ ＶＨＤＬ语言具有与具体硬件无关和与设计平台 ＲＴＬ描述和结构描述混合使用，还可以自定义 ｓｅｌ＜＝ｂ＆ａ： 无关的特性，并具有很强的电路描述和建模能 数据类型，给编程人员带来较大的自由和方 ｏｕｔｌ＜＝ｄＯ ｗｈｅｎ ｓｅｌ＝”００”ｅｌｓｅ 力，能从多个层次对数字系统进行建模和描 便： ｄｌ ｗｈｅｎ ｓｅｌ＝”Ｏ１”ｅｌｓｅ 述，从而大大简化了硬件设计任务，提高了设 （３）ＶＨＤＬ对设计的描述具有相对独立 ｄ２ ｗｈｅｎ ｓｅｌ＝。’１０ ｅｌｓｅ 计效率和可靠性。作为一种重要的高层次设计 性，设计者可以不懂硬件的结构，也不必关 ｉｆ， ｄ３ ｗｈｅｎ ｓｅｌ＝”１１”ｅｌｓｅ 技术，ＶＨＤＬ已成为当代电子设计师设计数字 最终设计实现的目标器件是什么； ： 硬件时必须掌握的一种方法。 （４）ＶＨＤＬ具有电路仿真与验证功能， ｅｎｄ 参考文献 可以保证设计的正确性，用户甚至不必编写如 可见程序是相当简单而且逻辑清晰的， ［１】康华光．电子技术基础［Ｍ】．北京：高等教 何测试相量便可以进行源代码级的调试，而且 这种自顶向下的设计方法使一个大型的系统设 育出版社，１９９８． 设计者可以非常方便地比较各种方案之问的可 计分解为若干个可操做的模块，易于分工合 ［２１江冰．电子技术基础及应用『Ｍ１．北京：机 行性及其优劣，不需做任何实际的电路实验； 作，并且可以对这些模块分别进行模拟仿真。 械工业出版社，２００１． （５）ＶＨＤＩ语言可以与工艺无关编程； 由于设计的主要模拟仿真是在高层上实现的． ［３】陈耀和．ＶＨＤＬ语言设计技术［Ｍ】．北京： （６）ＶＨＤＬ语言标准、规范，易于共享 所以能及早地发现系统中的错误并改正，提高 电子工业出版社． 和复用。 设计的效率。 ｆ４１毕满清．电子技术实验与课程设计ｆ Ｍ】．北 ＶＨＤＬ语言的设计方法是一种高层次的 京：机械工业出版社．２０ｏ１． 设计方法，也称为系统级的设计方法，其设计 步骤如下： ２．１按照“自顶向下”的设计方法进行系 图ｌ空调机控制器原理图 统划分。 我们再用ＶＨＤＬ语言设计空调机控制器。 ２．２输入ＶＨＤＬ语言代码。 空调机控制器原理如图１所示，它的两个输入 ２．３将以上的设计输入编译成标准的 来自温度传感器，用于监测室内温度。如果室 ＶＨＤＬ文件。 内温度正常，则ｔｅｍｐ＿ｈｉｇｈ和ｔｅｍｐ＿ｌｏｗ均为 ２．４用综合器对ＶＨＤＬ源代码进行综合优 勺 ；如果室内温度过高，则ｔｅｍｐ＿ｈｉｇｈ为 ｒ， 责任编辑：杨春沂 －６２－