VHDL_MaterialyNaStrone.pdf

Język opisu sprzętu VHDL

Materiały pomocnicze dla przedmiotu

"Technika cyfrowa i mikroprocesorowa" II/III RA

Krzysztof Kołek

Katedra Automatyki, Akademia Górniczo-Hutnicza

Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

tel. (0-12) 617-20-97

kko@ia.agh.edu.pl

- 2 -

Język opisu sprzętu VHDL

Spis treści

WSTĘP............................................................................................................................................................5

2. PODSTAWOWE POJĘCIA JĘZYKA VHDL ............................................................................................7

2.1. P REDEFINIOWANE TYPY ............................................................................................................................7

2.2. L OGIKA WIELOWARTOŚCIOWA ...................................................................................................................7

2.3. K OMPONENTY ...........................................................................................................................................8

2.4. P AKIETY ....................................................................................................................................................9

2.5. P ODPROGRAMY .........................................................................................................................................9

2.6. O PERATORY ............................................................................................................................................10

2.7. S YGNAŁY , ZMIENNE , STAŁE ....................................................................................................................11

2.8. D EFINICJA I UśYCIE TYPÓW .....................................................................................................................14

2.9. R ÓWNOLEGŁE ORAZ SZEREGOWE WYKONANIE INSTRUKCJI . K ONCEPCJA PROCESU .................................15

2.10. Z AWIESZANIE WYKONANIA PROCESU ..................................................................................................17

2.11. I NSTRUKCJE WYKONYWANE SZEREGOWO ...........................................................................................19

2.12. C YKL " DELTA " ....................................................................................................................................21

2.13. A TRYBUTY ..........................................................................................................................................22

2.14. P OZOSTAŁE CECHY JĘZYKA .................................................................................................................23

2.15. P RZEŁADOWANIE OPERATORÓW .........................................................................................................23

3. STRUKTURALNY OPIS SPRZĘTU .........................................................................................................24

3.1. S UMATOR 4- BITOWY . O PIS STRUKTURALNY ............................................................................................24

3.2. G ENERATOR NUMERÓW GÓRNIKÓW . P ROJEKT W POSTACI SCHEMATU ELEKTRYCZNEGO ........................30

4. BEHAWIORALNY OPIS SPRZĘTU ........................................................................................................34

4.1. W IELOKROTNE WYWOŁANIE PROCESU ....................................................................................................34

4.2. D EFINIOWANIE REJESTRÓW .....................................................................................................................35

4.3. C ZTEROBITOWY REJESTR Z RÓWNOLEGŁYM ŁADOWANIEM I ASYNCHRONICZNYM ZEROWANIEM ............37

4.4. C ZTEROBITOWY BINARNY LICZNIK ASYNCHRONICZNY ............................................................................38

4.5. K ONWERTER KODU BCD NA KOD WYŚWIETLACZA SIEDMIOSEGMENTOWEGO .........................................39

4.6. M ULTIPLEKSER 4 NA 1 ............................................................................................................................39

4.7. C ZTEROBITOWY REJESTR PRZESUWAJĄCY ...............................................................................................40

4.8. C ZTEROBITOWY LICZNIK SYNCHRONICZNY Z WEJŚCIEM ZEZWALAJĄCYM NA ZLICZANIE ,

ASYNCHRONICZNYM ZEROWANIEM I SYNCHRONICZNYM ŁADOWANIEM ..............................................................40

4.9. B UFOR TRÓJSTANOWY ............................................................................................................................41

4.10. F UNKCJA KONWERSJI TYPU BIT _ VECTOR DO TYPU INTEGER ................................................................41

4.11. A UTOMAT O SKOŃCZONEJ LICZBIE STANÓW ........................................................................................42

4.12. I MPLEMENTACJA UKŁADÓW Z RODZINY TTL ......................................................................................43

4.12.1. Implementacja układu 7400 .......................................................................................................44

4.12.2. Implementacja układu 74138 .....................................................................................................44

5. WYKAZ FUNKCJI JĘZYKA VHDL ........................................................................................................46

5.1.

A TRYBUTY ..............................................................................................................................................46

5.2.

D EFINICJA TABLIC ...................................................................................................................................47

5.3.

I NSTRUKCJA CASE ...................................................................................................................................48

5.4.

S CALANIE WARTOŚCI ( ANG . AGGREGATE ) ...............................................................................................49

5.5.

T YP B IT ...................................................................................................................................................50

5.6.

T YP B IT _V ECTOR ...................................................................................................................................50

5.7.

T YP B OOLEAN .........................................................................................................................................51

5.8.

T YP C HARACTER .....................................................................................................................................51

5.9.

P AKIET ....................................................................................................................................................51

Język opisu sprzętu VHDL

- 3 -

6. PRZYKŁADY ..............................................................................................................................................52

6.1. K ONWERTER LICZBY BINARNEJ NA KOD BCD. W YŚWIETLENIE LICZBY BCD NA WYŚWIETLACZU

7- SEGMENTOWYM ...............................................................................................................................................54

6.2.

C ZĘSTOTLIWOŚCIOMIERZ ........................................................................................................................58

6.3.

G ENERATOR NUMERÓW GÓRNIKÓW ........................................................................................................62

6.4.

G ENERATOR SYGNAŁU WIZYJNEGO DLA MONITORA MONOCHROMATYCZNEGO .......................................68

- 4 -

Język opisu sprzętu VHDL

1. WstĘp

Język VHDL (skrót pochodzi od dwóch innych skrótów: V - Very High Speed Integrated

Circuit oraz HDL - Hardware Description Language) rozwijany był na początku lat 80-tych do

opisu niezaleŜnych metod opisywania układów elektronicznych przez American Department

of Defence (ang. DoD). Po raz pierwszy został zestandaryzowany w roku 1983, a następnie

standaryzację powtórzono w latach 1987 oraz 1993.

Główne cechy języka VHDL to:

równoległość przejawiająca się w moŜliwości zdefiniowania potrzeby oraz

wykonywania równoległego (jednoczesnego w czasie) przetwarzania róŜnych porcji

informacji,

strukturalność oznaczająca moŜliwość hierarchicznego opisywania projektów. W

opisie hierarchicznym projekt zbudowany jest z połączonych bloków o mniejszym

stopniu złoŜoności, które z kolei zbudowane są z prostszych bloków, które

zawierają w sobie jeszcze prostsze bloki i tak dalej aŜ dochodzimy do bloków

podstawowych, którymi np. w przypadku układów cyfrowych są bramki logiczne.

Strukturalność oznacza moŜliwość opisu sprzętu od poziomu systemu do poziomu

bramki,

"redesign" - typowy projekt cyfrowego układu elektronicznego zawiera w sobie do

80% fragmentów z innych projektów. Nowe projekty nie powstają w pustce.

Projektanci wykorzystują poprzednio zdobyte doświadczenia przenosząc

opracowane i poznane uprzednio rozwiązania do nowych projektów. Proces ten

określa się pochodzącym z języka angielskiego słowem redesign ,

moŜliwość wykonywania instrukcji sekwencyjnie (czyli w sposób przeciwstawny

do wykonywania równoległego) oznaczająca moŜliwość definiowania czynności

wykonywanych jedna po drugiej, w sposób analogiczny jak w tradycyjnych

językach programowania. ,

zdolność do jednolitego opisywania struktury układów zbudowanych w oparciu o

róŜne technologie stwarzająca moŜliwość przenoszenia projektów pomiędzy

róŜnymi platformami sprzętowymi,

moŜliwość symulowania projektowanych układów; moŜliwość tworzenia sekwencji

sygnałów testujących. Istnieje moŜliwość wbudowania sygnałów testowych w

projekt,

"samodokumentowanie" osiągnięte dzięki prostej i przejrzystej strukturze,

modelowanie układów z uwzględnieniem upływającego czasu.

Programowanie w języku VHDL moŜe odbywać się na róŜnych poziomach abstrakcji. Są

to:

warstwa topograficzna (ang. layout) specyfikująca połączenia z uwzględnieniem

równieŜ zaleŜności czasowych i efektów analogowych. Przykładowo realizuje

opóźnienia propagacji sygnału oraz blokowanie sygnałów poniŜej minimalnej

zadanej szerokości,

Język opisu sprzętu VHDL

- 5 -

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: