硬件描述语言
VHDL语言介绍
VHDL语言介绍VHDL（VHSIC Hardware Description Language）是一种硬件描述语言，用于描述数字电路的结构和行为。
它是一种高级编程语言，用于描述数字系统中的硬件功能。
VHDL是一种被广泛应用于数字系统设计的硬件描述语言，它可以用于描述数字系统的结构和功能，并且允许进行仿真、综合和验证。
VHDL最初是由美国国防部（DoD）为了应对不同供应商生产的不同硬件之间互通性的问题而开发的。
它提供了一种用于描述数字电路的方法，可以在不同供应商的工具之间进行交换。
VHDL已成为一种行业标准，在数字系统设计领域被广泛应用。
VHDL的语法类似于Ada编程语言，它使用关键字、运算符和数据类型来描述数字系统中的硬件元素。
VHDL中的关键概念包括实体（entity）、架构（architecture）和过程（process）。
实体描述了数字系统的接口和功能，架构描述了数字系统的内部结构和行为，而过程描述了数字系统中的操作和控制。
VHDL主要有两种用途，一是用于模拟和验证数字系统的功能，二是用于综合数字系统的设计，生成实际的硬件电路。
在模拟和验证阶段，设计师可以使用VHDL描述数字系统的功能，并通过仿真工具对其进行验证。
在综合阶段，设计师可以使用VHDL描述数字系统的结构，并通过综合工具生成对应的硬件电路。
VHDL的优点在于其强大的表达能力和灵活性。
设计师可以使用VHDL描述各种复杂的数字系统，包括处理器、通信接口、存储器等。
VHDL还提供了丰富的数据类型和运算符，使设计师可以轻松地描述数字系统中的各种操作。
除了描述数字系统的结构和行为，VHDL还提供了丰富的标准库和模块化编程的方法。
设计师可以使用标准库中提供的各种功能模块来加速开发过程，并且可以将自己设计的模块封装成库以便重复使用。
VHDL还支持面向对象的设计方法，设计师可以使用面向对象的技术来组织和管理复杂的数字系统。
通过使用面向对象的方法，设计师可以将数字系统分解成多个模块，每个模块都有自己的接口和功能，并且可以通过继承和复用来简化设计过程。
计算机系统设计硬件描述语言与逻辑设计
计算机系统设计硬件描述语言与逻辑设计计算机系统设计是指通过软件和硬件的相互配合来实现计算机系统的构建和功能。
在这个过程中，硬件描述语言（HDL）发挥着重要的作用。
HDL是一种用于描述计算机系统硬件的语言，它可以用来设计、验证和仿真数字电子电路，并转化为可实现的布局，进而实现系统功能。
一、硬件描述语言的定义与作用硬件描述语言是一种特殊的编程语言，用于描述计算机硬件的功能和结构。
它能够对硬件进行逻辑设计，并通过编程来实现不同的功能。
常见的硬件描述语言包括VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）和Verilog。
硬件描述语言的作用有以下几个方面：1. 设计和验证功能：通过使用硬件描述语言，工程师可以对计算机硬件进行设计和验证。
在设计过程中，硬件描述语言可以描述硬件的功能和结构，有助于工程师在设计阶段快速定位问题并进行修正。
2. 面向抽象级别：硬件描述语言可以在不同的抽象级别上进行描述。
工程师可以在高级抽象级别上描述整个系统，也可以在低级抽象级别上描述硬件电路的细节。
这使得硬件描述语言非常灵活，能够适应不同的设计需求。
3. 支持仿真和验证：硬件描述语言可以与仿真工具结合使用，用于验证设计的正确性。
通过对硬件描述语言编写的代码进行仿真，工程师可以模拟不同输入条件下的系统运行情况，从而验证设计的正确性，发现潜在问题。
二、逻辑设计与硬件描述语言逻辑设计是计算机系统设计的一个重要环节，通过逻辑设计，可以实现计算机系统的各种功能。
硬件描述语言在逻辑设计中扮演着关键的角色。
1. 逻辑门电路的描述：逻辑门电路是计算机系统中最基本的组成部分。
硬件描述语言可以用来描述不同类型的逻辑门电路，并通过逻辑门之间的连接实现复杂的逻辑功能。
2. 状态机的设计：状态机在计算机系统中广泛应用，用于描述系统的状态和状态之间的转换关系。
硬件描述语言可以描述各种类型的状态机，包括Mealy状态机和Moore状态机，并实现其对应的功能。
硬件描述语言
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architecture
inhabit_arch of inhibit is 一结构体定义 begin z<='1' when x='1' and y='0' else '0'; end;
下面请看演示
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5.1 VHDL概述
(2)VHDL的并发性 计算机软件程序一般按书写的顺序依次执行， 而VHDL却具有并发性。VHDL的并发性体现在 两个方面，首先在使用VHDL进行数字电路设计 时存在并发性，即VHDL支持设计分解，可使被 分解的各个子部分的设计并行完成。一个模型 的设计主要由3部分组成：元件库部分—USE说 明区：实体部分—确立模型与环境的接口；结 构体部分—描述元件的行为或功能，为模型生 成测试向量，并捕获模型输出信号状态以供分 上一页 下一页 返回 析。
5.2 VHDL的程序结构
【例5-2】一个与门电路的VHDL程序 library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; 一 打开需要用到的库 entity inhibit is 一实体(端口)说明 port( x,y:in std_logic; z:out std_logic); end inhibit;
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5.1 VHDL概述
VHDL是为数字电路的建模和模拟
(simulation)而制定的，是一种面向模拟、 针对硬件的语言。它的语法中有许多方面 均考虑到模拟与硬件的因素，包括VHDL的 硬件相关结构、并发特征和混合级描述以 及混合级模拟。
5.1 VHDL概述
（1）VHDL中的硬件相关结构 VHDL具有许多与数字电路结构直接相关的 概念，其中最主要的是元件(component)， 它是数字硬件结构—"黑盒"或"模块"的抽 象。VHDL中的元件由实体和结构体两部分 共同描述完成。
硬件描述语言
硬件描述语言硬件描述语言（HardwareDescriptionLanguage，HDL），是一种特殊的编程语言，旨在帮助设计人员（称作HDL程序员）创建电子系统的软硬件。
它支持现在最先进的电子系统，并能够提供开发方案，以更快地实现目标，更有效地使用更少的资源，并且更稳定地完成任务。
HDL是一种高级程序设计语言，由若干种编程语言构成，其中包括Verilog，VHDL, SystemVerilog等。
HDL语言描述技术主要用于描述单片机或模拟集成电路（IC）中的复杂电路结构和功能。
它以硬件参数、原语和结构描述为基础，能够描述逻辑系统的底层电路，比如门逻辑、触发器、多路选择器、比较器等。
HDL具有许多优点，能够极大地降低电路设计的困难程度，同时简化设计的复杂性和过程，可以提高设计效率和提升最终产品的性能。
HDL提供方便的调试和测试功能，可以支持电路设计过程管理，减少产品设计和开发的工作量。
此外，HDL能够提供标准、可重用的描述，以及可读性好的语法，可以显著简化设计过程。
HDL的另一个重要优点是，它可以帮助HDL程序员创建更复杂、更现代化的电路设计，而不需要编译器和其它复杂的程序设计开发工具。
HDL可以提供电路设计过程中所需的所有功能，包括定义电路功能，输入输出管理，系统级构建，网络结构，状态机控制，信号处理，数据传输等。
它还利用可视化技术以及带有标准和完善的接口，能够更快地识别和定位问题，大大降低了调试产品的时间。
HDL的另一个优点在于，它具有许多可扩展性，无需为每个项目开发新的硬件。
HDL能够有效地管理工厂现有的系统设计，例如将新的硬件模块添加到已有的电路框架中，并且能够有效地利用已有的硬件，尽可能减少更改硬件布局的时间。
当今，HDL已经成为电子行业中最专业化的编程语言，并被广泛应用于微处理器、嵌入式系统、数字信号处理（DSP）、模拟信号处理（ASP）、网络交换、存储器系统，以及其它领域。
HDL在加速设计过程、改善产品质量、减少产品成本方面十分有用，是现今许多企业进行电子产品设计的重要工具。
fpga中hdl定义
fpga中hdl定义FPGA中的HDL（硬件描述语言）定义引言：FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，具有高度的可重构性和灵活性。
HDL（硬件描述语言）则是FPGA编程的关键部分，它将FPGA的硬件功能描述转化为可编程的逻辑电路。
本文将深入探讨FPGA中HDL的定义并提供一步一步的解释。
第一节：什么是HDL？1.1 HDL的定义与作用：HDL是一种计算机语言，用于描述和模拟数字电路以及FPGA中的硬件电路。
它允许我们使用文本或者图形方式来描述电路而不需要构建实际的硬件电路。
HDL是FPGA编程的核心，它可以用于实现各种不同的功能，如数据通信、数字信号处理、图像处理等。
1.2 HDL的分类：HDL主要分为两种类型：行为描述和结构描述。
- 行为描述：行为描述指定了电路的操作和功能，类似于软件中的算法。
它使用布尔代数和逻辑表达式来描述电路的行为。
行为描述语言包括VHDL（VHSIC 硬件描述语言）和Verilog。
- 结构描述：结构描述提供了电路的物理连接和层次结构，类似于电路图。
它使用模块和端口来描述电路的结构。
结构描述语言包括VHDL和Verilog。
第二节：HDL的特点和优势2.1 可重构性：由于FPGA的可编程性和灵活性，HDL可以实现对FPGA内部逻辑的重构。
这使得FPGA可以适应不同的应用需求，并且可以在设计完成后进行重新配置。
2.2 可视化和高级抽象：通过使用HDL，设计者可以通过图形界面或者文字描述来实现电路设计。
这使得设计更加直观和易于理解，同时提供了更高级别的抽象，使得设计变得更加简单和高效。
2.3 支持逻辑综合：HDL可以通过逻辑综合工具将高级描述语言转换为电路。
逻辑综合可以利用FPGA中的基本元件来实现电路的功能。
这使得设计人员无需手动设计底层电路，从而提高了设计的效率。
2.4 可重用性：HDL允许设计者创建和使用可重用的电路模块。
HDL软件介绍范文
HDL软件介绍范文HDL（硬件描述语言）是一种用于描述数字系统硬件结构的语言，它可以用于设计和模拟数字电路。
HDL软件是一种用于编写和分析HDL代码的工具，它可以帮助工程师有效地设计和验证复杂的硬件系统。
在HDL软件中，设计师可以使用HDL语言编写硬件描述代码。
这些代码描述了系统中各个组件的功能和连接关系。
HDL软件可以根据这些代码生成电路图，以便设计师可以更直观地理解系统结构。
2.编译器：HDL软件附带了一个编译器，它用于将HDL代码编译为可执行文件。
编译器将代码转换为等效的逻辑电路，并生成电路图。
3.仿真器：HDL软件具有内置的仿真器，用于模拟设计的行为。
仿真器可以加载编译后的代码，并通过模拟输入信号来观察输出信号。
这使得设计师可以在实际制造硬件之前对设计进行测试和验证。
4.调试器：HDL软件提供了一个调试器，设计师可以使用它来分析仿真结果和调试代码。
调试器允许设计师在仿真过程中设置断点，并观察变量的值和信号波形。
5.特殊工具：HDL软件通常还包含一些特殊工具，用于执行特定的任务。
例如，一些HDL软件提供了时序分析工具，用于分析和优化数字电路的时序性能。
其他工具可能包括布线工具和综合工具，以进一步优化硬件设计。
在选择HDL软件时，设计师应考虑以下几个因素：1.可用性：设计师应选择易于使用的HDL软件，它提供了直观的界面和丰富的文档资料。
2.功能：HDL软件的功能应满足设计需求。
设计师应评估软件是否支持所需的HDL语言和仿真器特性。
3.兼容性：HDL软件应与其他工具和硬件设备兼容，以便与其他软件一起使用。
4.性能：设计师应评估HDL软件的性能，包括编译时间和仿真速度。
较快的编译和仿真能够显著提高设计效率。
5.社区支持：设计师应考虑选择具有活跃的用户社区和论坛的HDL软件。
这样可以更容易地获取帮助和解决问题。
目前市面上有多种HDL软件可供选择，其中一些比较流行的软件包括：1. Xilinx ISE：这是一款由Xilinx开发的HDL软件，用于设计和验证FPGA和ASIC。
数字逻辑与部件设计-硬件描述语言+HDL
• 综合 Synthesis
– High Level Synthesis
– RTL Synthesis
– Logic Synthesis
• 布图 Layout
网表netlist
– 布局 (Placement)
– 布线 (Routing)
• 版图参数提取和验证
如导线电阻，导线间寄生电容
• 测试和诊断
4
begin
A1 = 1'b0; B1 = 1'b0; C1 = 1'b0; //1位二进制0
#100 A1 = 1'b1; B1 = 1'b1; C1 = 1'b1;
end
initial #200 $finish; //200ns结束
endmodule
不知其值是多少
16
Vivado2015中模拟结果
|
或
||
逻辑或
===
全等
^
异或
!==
不全等
^~
同或
AND优先级比OR高
• 缩位运算符：对单个操作数进行运算，最后返回一位数。
运算过程：首先将操作数的第一位和第二位进行与、或、非运算；
然后再将运算结果和第三位进行与、或、非运算；以此类推直至
最后一位。例子见下页...
• 拼接运算符：{s1, s2, …, sn}
2
g6
endmodule
g5
3
13
练习2. 画出下面的电路图
module Circuit_2 (A, B, C, D, F);
input A, B, C, D;
output F;
wire w, x, y, z, a, d;
VHDL与Verilog语言
VHDL与Verilog语言VHDL（VHSIC hardware description language）和Verilog是用于电子系统设计的硬件描述语言（HDL）。
这两种语言被广泛应用于数字逻辑设计和仿真，以及硬件描述、验证和综合。
1. VHDL（VHSIC hardware description language）VHDL是一种结构化的硬件描述语言，最初由美国国防部高速集成电路计划办公室（VHSIC，Very High Speed Integrated Circuits）开发。
VHDL以其强大的功能和灵活性而闻名，并被广泛用于数字系统的设计和验证。
VHDL的编写包括实体（Entity）和体（Architecture）两个主要部分。
实体部分描述了数字系统的输入输出接口、信号和组件的声明，而体部分描述了实体的内部结构、信号处理和逻辑功能。
VHDL具有丰富的数据类型、运算符和控制结构，可以方便地描述数字电路的行为和结构。
它还提供了强大的仿真和验证功能，使设计人员能够在开发和测试阶段快速迭代和调试设计。
2. VerilogVerilog是一种硬件描述语言，最初由Gateway Design Automation公司（现在是Cadence Design Systems的一部分）开发。
Verilog以其简洁的语法和易学易用的特性而受到广泛欢迎，并成为工业界标准。
Verilog的设计由模块（Module）组成，每个模块描述了一个黑盒子，包含输入和输出端口以及内部的逻辑功能。
模块可以进行层次化组合，从而实现较复杂的系统级设计。
Verilog的语法类似于C语言，具有类似的数据类型、运算符和控制结构。
它还提供了时序建模的能力，使设计人员能够描述数字电路的时序行为。
3. VHDL与Verilog的比较VHDL和Verilog在语法和功能上有一些区别，但它们都可以用于数字电路的设计和仿真。
以下是它们之间的一些比较：3.1 语法风格VHDL采用结构化的编程风格，需要明确的体、过程和信号声明，可以更好地控制和描述系统的结构和行为。
vhdl语言
VHDL语言简介VHDL（VHSIC Hardware Description Language）即可高速集成电路硬件描述语言，是一种用于描述数字系统和电路的硬件描述语言。
它在1981年由美国国防部的高速集成电路联合委员会（VHSIC）开发，用于设计大规模集成电路。
VHDL是一种面向对象的语言，可以用于描述各种数字系统，从简单的逻辑门到复杂的处理器。
它提供了丰富的语法和语义，使得设计人员可以准确地描述他们的电路和系统。
VHDL的优势VHDL作为一种硬件描述语言，在数字系统设计中具有许多优势。
1.可重用性：VHDL允许设计人员创建可重用的模块和子系统，这些模块和子系统可以在不同的项目中重复使用，提高了设计效率和可维护性。
2.仿真和验证：VHDL具有强大的仿真和验证能力，可以在设计之前对系统进行全面的仿真和验证。
这有助于检测和纠正潜在的问题，并确保系统在硬件实现之前达到预期的功能。
3.抽象级别：VHDL允许设计人员在不同的抽象级别上描述系统，从高级的行为级别到底层的结构级别。
这使得设计人员可以根据需要在不同的级别上工作，并且可以更容易地进行系统级别的优化。
4.灵活性和可扩展性：VHDL支持灵活的设计方法和工作流程，并允许设计人员在设计过程中进行迭代和修改。
它还可以与其他常用的设计工具和方法集成，以满足特定的需求。
VHDL语言的基本结构VHDL语言由模块、实体、架构以及信号和过程等基本元素组成。
模块（Module）模块是VHDL中描述数字系统的最基本单位。
一个模块可以包含多个实体和架构，并通过连接信号进行通信。
每个模块都有一个顶层实体和一个或多个架构。
实体（Entity）实体是描述模块的接口和行为的抽象。
它定义了输入输出端口，以及模块对外部环境的接口。
一个实体可以有一个或多个架构。
架构（Architecture）架构描述模块的具体行为和内部结构。
它定义了模块的内部信号和过程，以及对外部信号和过程的接口。
hdl硬件描述语言
hdl硬件描述语言
HDL是Hardware Description Language的缩写，即硬件描述语言。
它是一种用于描述数字电路的语言，包括了数字电路的功能、结构和行为等方面。
HDL 通常用于设计和模拟数字电路，以帮助工程师更好地理解数字电路的功能和性能，并在设计电路时提供一种有效的工具。
在HDL中，通常使用的是高级语言来描述电路的功能和行为，比如Verilog和VHDL。
这些语言提供了一些强大的特性，如模块化设计、层次结构、波形仿真等，使得电路的设计和测试变得更加高效、方便和准确。
HDL的设计流程通常包括以下几个步骤：首先，需要将所需的电路功能转化为模块化的设计，比如将复杂的电路分解为多个子模块；其次，需要使用HDL语言编写每个模块的描述，包括模块端口定义、内部逻辑和功能描述等；接下来，需要进行波形仿真以验证电路的功能和性能；最后，需要将HDL代码转化为实际的硬件电路，比如使用FPGA或ASIC等技术将代码烧入硬件芯片中。
总之，HDL是一种用于描述数字电路的语言，它可以帮助工程师更好地理解和设计数字电路，提高电路设计和测试的效率和准确性。
5-硬件描述语言
VHDL结构定义的语法
architecture architecture-name of entity-name is type declarations signal declarations constant declarations function definitions procedure definitions component declarations begin concurrent-statement ••• concurrent-statement end architecture-name;
and or nand nor xor xnor not
与 或 与非 或非 异或 异或非 非
mod(7,2)= 1
rem(7,2)= 1
mod(9,3)= 0
mod(5,-2)= -1
mod(X,0)= X
rem(5,-2)= 1
mod(X,X)= 0
类型和常量声明的语法
典型VHDL程序中常用的类型是用户自定义类型，其中 最常用的是枚举类型，通过列举该类型的值来定义。
子类型 例子:
subtype subtype subtype subtype
twoval_logic is std_logic range „0‟ to „1‟; fourval_logic is std_logic range „X‟ to „Z‟; negint is integer range -2147483647 to -1; bitnum is integer range 31 downto 0;
Cout
实体声明
例子: 全加器
A B 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1
vhdl硬件描述语言
vhdl硬件描述语言VHDL 是一种硬件描述语言，用于描述数字电路和系统。
它是一种结构化的、过程化的编程语言，其语法和结构类似于 C 和 C++ 等编程语言。
VHDL 的设计流程包括以下几个方面:1. 确定设计需求和目标：在开始设计之前，需要明确设计的需求和目标，例如设计一个数字电路、一个控制系统或者一个通信系统。
2. 理解设计需求：在明确设计需求之后，需要对设计需求进行深入的理解，例如设计的功能、性能、可靠性、功耗等方面的需求。
3. 描述设计：使用 VHDL 语言对设计进行描述，包括电路的逻辑结构、时序、信号描述等方面。
4. 仿真和验证：使用仿真工具对设计进行模拟和验证，以确保设计的正确性和可靠性。
5. 综合：将 VHDL 代码转换为 IP 核或者硬件描述器，以便实现最终的硬件实现。
6. 调试：对设计进行调试，以便解决设计中的问题，进一步提高设计的可靠性和性能。
VHDL 的主要特点包括:1. 结构化的语法:VHDL 采用了结构化的语法结构，可以使用类、模块、接口等概念对设计进行组织和管理。
2. 描述方式的多样性:VHDL 可以使用 Verilog 和 VHDL 的语法来描述设计，同时也可以使用结构化、过程化、面向对象等描述方式。
3. 支持数字电路和系统的设计:VHDL 是一种面向数字电路和系统的设计语言，可以用于设计数字电路、控制系统、通信系统等。
4. 高度可读可维护性:VHDL 的语法结构简洁明了，易于理解和维护，同时也易于编写和调试。
VHDL 作为一种硬件描述语言，其主要目的是用于描述数字电路和系统的设计，并且可以实现硬件的实现和验证。
在数字电路和系统的设计过程中，VHDL 可以作为一种重要的工具和技术被广泛应用。
硬件描述语言及器件2(侯伯亨版)
硬件描述语言发展历程
1980年代
第一个HDL，即VHDL诞生。
1990年代
Verilog成为另一种广泛使用的 HDL。
2000年代至今
随着FPGA和ASIC设计复杂性的 增加，HDL在数字电路设计中占 据越来越重要的地位。
硬件描述语言应用领域
集成电路设计
用于描述数字集成电路的行为和结构。
系统级设计
述组合逻辑电路和时序逻辑电路，使得设计者能够更方便地描述电路的行为和功能。
结构建模
总结词
结构建模关注电路的物理结构和组成，使用实例化语句来描述。
详细描述
结构建模是一种基于物理结构的硬件描述方法。它关注电路的物理结构和组成，使用实例化语句来描述电路的各 个组成部分。这种方法使得设计者能够更清晰地表达电路的结构和组成，并且方便地实现电路的模块化和复用。
仿真和测试
Verilog支持仿真和测试，使得设计者能够验证电路的正确性和性能。
可移植性
Verilog代码可以在不同的EDA工具和平台上使用，提高了设计的可 移植性。
模块化设计
Verilog支持模块化设计，使得复杂系统可以被分解为较小的模块， 提高了设计的可维护性和可重用性。
Verilog语言基本结构
混合建模
总结词
混合建模结合了行为建模和结构建模的方法，通过使用不同的建模方法来描述不同的电路部分。
详细描述
混合建模是一种综合使用行为建模和结构建模的方法。它可以根据不同的电路部分选择不同的建模方 法，以实现更全面、更准确的硬件描述。混合建模能够充分发挥行为建模和结构建模的优势，使得设 计者能够更灵活地描述复杂的电路系统。
05
硬件描述语言应用实例
VHDL应用实例
什么是硬件描述语言
什么是硬件描述语言什么是硬件描述语言，你知道吗?今天就让店铺来教下大家吧，快来看看吧，希望能让大家有所收获!什么是硬件描述语言硬件描述语言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。
硬件描述语言的概述随着EDA技术的发展，使用硬件语言设计PLD/FPGA成为一种趋势。
目前最主要的硬件描述语言是VHDL和Verilog HDL。
VHDL发展的较早，语法严格，而Verilog HDL是在C语言的基础上发展起来的一种硬件描述语言，语法较自由。
VHDL和Verilog HDL两者相比，VHDL的书写规则比Verilog烦琐一些，但verilog自由的语法也容易让少数初学者出错。
国外电子专业很多会在本科阶段教授VHDL,在研究生阶段教授verilog。
从国内来看，VHDL的参考书很多，便于查找资料，而Verilog HDL的参考书相对较少，这给学习Verilog HDL带来一些困难。
从EDA技术的发展上看，已出现用于CPLD/FPGA设计的硬件C语言编译软件，虽然还不成熟，应用极少，但它有可能会成为继VHDL和Verilog之后，设计大规模CPLD/FPGA的又一种手段。
硬件描述语言的结构硬件描述语言的优点(1)与其他的硬件描述语言相比，VHDL具有更强的行为描述能力，从而决定了他成为系统设计领域最佳的硬件描述语言。
强大的行为描述能力是避开具体的器件结构，从逻辑行为上描述和设计大规模电子系统的重要保证。
(2)VHDL丰富的仿真语句和库函数，使得在任何大系统的设计早期就能查验设计系统的功能可行性，随时可对设计进行仿真模拟。
《硬件描述语言》课件
嵌入式系统设计
系统集成
在嵌入式系统设计中，硬件描述语言可以用于集成各种硬 件和软件组件，如处理器、存储器、外设接口等。这有助 于提高系统的可靠性和性能。
可定制性
通过使用硬件描述语言，可以根据具体的应用需求对嵌入 式系统进行定制和优化。这有助于缩短产品上市时间和降 低成本。
低功耗设计
在嵌入式系统设计中，低功耗是一个重要的考虑因素。使 用硬件描述语言，可以帮助设计人员更好地优化系统的功 耗性能。
总结词
提高硬件工作效率的技术
VS
详细描述
流水线（Pipeline）设计技术是一种将一 个完整操作分解为多个独立、有序的阶段 ，并使这些阶段连续执行以提高效率的技 术。在硬件设计中，流水线技术可以将一 个复杂操作分解为多个简单操作，并行执 行，从而显著提高硬件的工作效率和性能 。
优化设计技巧
总结词
提高设计性能和降低成本的技巧
总结词
随着硬件设计复杂性的增加，高层次综合和抽象化设计成为硬件描述语言发展 的重要趋势。
详细描述
高层次综合允许设计师使用高级语言描述硬件行为，然后由综合工具自动转换 为低层次的门级网表。这种抽象化设计方法减少了设计细节的复杂性，提高了 设计效率。
可重用模块与IP核复用
总结词
可重用模块和IP核复用是硬件描述语言发展的另一个重要趋势。
Quartus II
Altera公司推出的FPGA设计软件，包括综合工具和实现工具，支 持VHDL和Verilog硬件描述语言。
Vivado
Xilinx公司推出的FPGA设计软件，包括综合工具和实现工具，支持 VHDL和Verilog硬件描述语言。
布局与布线工具
Mentor Graphics的IC Station
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系统级描述语言（SLDL）
18
9
1.3
（1） System C
System C （IEEE1666）由一组描述类库和一个包含仿真核的库组成。 在用户的描述程序中，必须包括相应的类库，可以通过通常的ANSI C++编 译器编译该程序。System C提供了软件、硬件和系统模块。用户可以在不 同的层次上自由选择，建立自己的系统模型，进行仿真、优化、验证、综 合等等。
2. 行为设计
用HDL语言描述系统数学模型
3. 功能仿真
仿真的目的是验证；行为级仿真以验证给定的行为描述是否能够实现所 需的功能
6
3
1.1
4. 逻辑综合
目的是转化与优化，将RTL级HDL代码映像到具体的综合库上加以实现。 实现逻辑综合的前提是有逻辑综合库（已含有门级延时、单元面积、 扇入扇出系数等工艺参数）。逻辑综合与优化的约束条件：速度，面 积，工艺，功耗，负载，电路的编程资源。
3
1.1
二.电子系统设计方法的发展
随着电路规模的增大，计算机辅助设计手段在集成电路设计中起着越 来越重要的作用
手工设计
CAD（Computer Aided Design） CAE（Computer Aided Engineering） 设计后端工具，如提供PCB、 布局布线、芯片版图绘制等 设计前端工具，如仿真工具， 综合工具等 包括上述的CAD、CAE工具 系统级的抽象描述，混 合仿真工具
13
1.2
4. 其它HDL
ABEL-HDL －－早期的硬件描述语言。 从早期可编程逻辑器件（PLD)的设计中发展而来。 AHDL－－(Altera HDL) 是ALTERA公司发明。特点是非常易学易用。 它的缺点是移植性不好，通常只用于ALTERA自己的开发系统。
14
7
1.3 硬件描述语言的新发展
随着半导体技术的迅猛发展，SoC已经成为当 今集成电路设计的发展方向。在系统芯片的各个设 计中，像系统定义、软硬件划分、设计实现等，集 成电路设计界一直在考虑如何满足SoC的设计要求 ，一直在寻找一种能同时实现较高层次的软件和硬 件描述的系统级设计语言。
15
1.3
举例：SOC设计
16
8
1.3
17
1.3
12
6
1.2
3. VHDL和Verilog HDL的区别
VHDL在系统级描述方面具有潜在的适应性，在行为级描述方面强 于Verilog HDL，而Verilog HDL则在结构描述方面远优于VHDL，因 而在ASIC领域得到了更为广泛的应用； VHDL不能完成开关级描述，所以即便是VHDL的设计环境，在底 层实质上也是由Verilog HDL描述的器件库支持的； Verilog HDL与VHDL的代码数之比为1：3，前者的编程风格更加 简洁、高效； VHDL源于ADA语言，而Verilog HDL源于C语言，易学易用，建议 学习HDL应该从学习Verilog HDL开始；
19
1.3
2. System Verilog
System Verilog （IEEE1800）集合了Verilog的简洁、C语言的强大 、功能验证和系统级结构设计等特征，是一种高速的硬件描述语言。
System Verilog
20
10
10
5
1.2
三.常见的HDL语言
1. VHDL： VHDL（Very-High-Speed Integrated Circuit HDL） 诞生于1982年。1987年底，VHDL被IEEE和美国国防部确认 为标准硬件描述语言。
11
1.2
2. Verilog HDL
1983年：GDA公司的Phil Moorby首创 1984-1985年：Moorby设计出第一个Verilog仿真器 1986年：Moorby提出快速门级仿真的XL算法 1989年：Cadence公司收购了GDA公司 1990年：Cadence公司公开发表Verilog HDL语言，OVI(Open Verilog International）组织成立 1995年：IEEE制定了Verilog HDL标准，即IEEE1364-1995
一. 什么是硬件描述语言（HDL）
HDL－－Hardware Description Language 硬件设计人员和EDA工具之间的界面； 具有特殊结构能够对硬件逻辑电路的功能进行描述的一种 高级编程语言，这种特殊结构能够：
– 描述电路的连接 – 描述电路的功能 – 在不同抽象级上描述电路 – 描述电路的时序 – 表达具有并行性
EDA (Electronic Design Automatic) ESDA(Electronic System Design Automation)
4
2
EDA典型流程
系统规范说明
系统划分
设计输入
功能仿真
布局布线－版图
时序仿真
综合、优化－网表
5
参数提取－后仿真
制版流片
芯片测试
1.1
1. 总体设计
·系统设计：技术规格→功能划分→设计框架（耦合与内聚）→系统方案 （加工厂家、工艺水准） ·系统仿真：系统实现算法，方案最佳化论证
5. 时序仿真—门级仿真
对电原理图的仿真，已包含有门单元的延时信息，需要相应工艺的仿 真库的支持。
7
1.1
6. 版图设计
布局布线：完成版图的布局布线
7. 后仿真
从版图提取出联机电阻、联机电容等分布参数，特别是互联机延时， 反标到门级网表中，进行后仿真，主要是看时序是否满足要求
8. 制版投片
8
4
1.2 硬件描述语言
2
元件数 < 100 < 102～103 < 103～105 < 105～107 < 107～108
MOS管、双极管 <100 <100～1000 <1000～10000 <10,000～1,000,000 <1,000,000～ 10,000,000
1
1.1
32nm处理器 2ຫໍສະໝຸດ 亿 酷睿 8亿 Pentium IV 5700万
9
设计者可以利用这种语言来描述 自己的设计思想，然后利用EDA 工具进行仿真验证和时序分析， 再自动综合到门级电路，最后用 ASIC或FPGA实现其功能。
1.2
二.用HDL进行电子系统设计的优点
1. 能将电子系统在不同抽象层次上进行精确而简练的描述； （系统级、行为级、RTL级、逻辑门级、开关级） 2. 能在每个抽象层次的描述上对设计进行模拟验证； 3. 借助EDA工具能自动将HDL语言转换成门级网表和电路优化； 4. 较高层次的HDL描述与具体工艺无关，便于标准化和发展可重 用设计技术； 5. 使用HDL进行设计类似于编写计算机程序，带有文字注释的源 程序非常便于开发和修改； 6. 推动EDA设计技术及整个电子行业的快速发展；
第一章 概 述
1
1.1 电子系统设计方法的发展
一.集成电路的发展
器件 小规模电路 中规模电路 大规模电路 超大规模电路 特大规模电路
等效门数 器件（Device） 小规模集成电路（SSI） 中规模集成电路（MSI） 大规模集成电路（LSI） 超大规模集成电路（VLSI） 特大规模集成电路（ULSI）