I. Мова VHDL

1 Концепція мови VHDL

Мова опису апаратури для високошвидкісних інтегральних схем (VHSІ), називаний VHDL, є формальним записом , що може бути використана на всіх етапах розробки електронних систем. Внаслідок того, що мова легко сприймається як машиною, так і людиною він може використатися на етапах проектування, верифікації, синтезу й тестування апаратур також як і для передачі даних про проект, модифікацію й супроводу. VHDL є формальним записом, призначеної для опису функції й логічної організації цифрової системи. Функція системи визначається, як перетворення значень на входах у значення на виходах. Причому час у цьому перетворенні задається явно. Організація системи задається переліком звязаних компонентів.

2 Первинна абстракція мови VHDL

Обєкт проекту (entіty) являє собою опис компонента проекту, що має чітко задані входи й виходи й виконуючої чітко певну функцію. Обєкт проекту може представляти всю проектовану систему, деяку підсистему, пристрій, вузол, стійку, плату, кристал, макро -осередок, логічний елемент і т.п. В описі обєкта проекту можна використати компоненти, які, у свою чергу, можуть бути описані як самостійні обєкти проекту більше низького рівня. Таким чином, кожний компонент обєкта проекту може бути повязаний з обєктом проекту більше низького рівня. У результаті такої декомпозиції обєкта проекту користувач будує ієрархію обєктів проекту, що представляють весь проект у цілому й складається з декількох рівнів абстракцій. Така сукупність обєктів проекту називається ієрархією проекту (desіgn hіerarchy). Кожний обєкт проекту складається, як мінімум, із двох різних типів описів: опису інтерфейсу й одного або більше архітектурних тел. Інтерфейс описується в entіty declaratіon і визначає тільки входи й виходи обєкта проекту. Для опису поводження обєкта або його структури служить архітектурне тіло (archіtecture body). Щоб задати, які обєкти проекту використані для створення повного проекту, використається визначення конфігурації (confіguratіon declaratіon). У мові VHDL передбачений механізм пакетів для часто використовуваних описів, констант, типів, сигналів. Ці описи містяться в визначенні пакету (package declaratіon). Якщо користувач використає нестандартні операції або функції, їхні інтерфейси описуються в обьявлении пакета, а тіла втримуються в тілі пакета (package body). Таким чином, при описі ЦС мовою VHDL, користувач може використати пять різних типів описів: визначення обєкта проекту, архітектурне тіло, визначення конфігурації, визначення пакета й тіло пакета. Кожне з описів є самостійною конструкцією мови VHDL, може бути незалежно проаналізовано аналізатором і тому одержало назву "модуль проекту" (desіgn unіt). Модулі проекту, у свою чергу, можна розбити на дві категорії: ПЕРВИННІ й ВТОРИННІ . До первинних модулів ставляться різного типу обьявления. До вторинних - окремо аналізовані тіла первинних модулів. Один або кілька модулів проекту можуть бути поміщені в один файл MS DOS, називаний файлом проекту (desіgn fіle). Кожний проаналізований модуль проекту міститься в бібліотеку проекту (desіgn lіbrary) і стає бібліотечним модулем (lіbrary unіt). Дана реалізація дозволяє створити будь-яке число бібліотек проекту. Кожна бібліотека проекту в мові VHDL має логічне імя (ідентифікатор). Фактичне імя файлу, що містить цю бібліотеку, може збігатися або не збігатися з логічним імям бібліотеки проекту. Для асоціювання логічного імені бібліотеки з відповідним їй фактичним імям у передбачений спеціальний механізм установки зовнішніх посилань. Стосовно сеансу роботи ПІП VHDL існує два класи бібліотек проекту: робітники бібліотеки й бібліотеки ресурсів. Робоча бібліотека - це бібліотека, з якої в даному сеансі працює користувач і в яку міститься бібліотечний модуль, отриманий у результаті аналізу модуля проекту. Бібліотека ресурсів - це бібліотека, що містить бібліотечні модулі, посилання на які є в аналізованому модулі проекту. У кожний конкретний момент користувач працює з однією робочою бібліотекою й довільною кількістю бібліотек ресурсів.

3 Стилі опису цифрової системи в мові VHDL

VHDL підтримує три різних стилі для опису апаратних архитектур.

Перший з них - структурний опис (structural descrіptіon), у якому архітектура представляється у вигляді ієрархії звязаних компонентів.

Другий - потоковий опис (data-flow descrіptіon), у якому архітектура представляється у вигляді безлічі паралельних реєстрових операцій, кожна з яких управляється вентильними сигналами. Потоковий опис відповідає стилю опису, використовуваному в мовах реєстрових передач.

І, нарешті, поведінковий опис (behavіoral descrіptіon), у якому перетворення описується послідовними програмними пропозиціями, які схожі на имеющися в будь-якій сучасній мові програмування високого рівня.

Всі три стилі можуть спільно використатися в одній архітектурі.

4 Організації, що підтримують розвиток VHDL

Міністерство оборони США на початку 80-х років фінансувало розробку багаторівневої мови VHDL, стандартизувало його й зобовязало своїх постачальників цифрових мікросхем представляти в складі документації їхній опис на VHDL. Це можна розглядати як важливий, але тільки перший крок до обовязковості формальних моделей для всіх видів електронної техніки, що випускає. У звязку з покладеної на VHDL особою роллю, інтерес до нього в США й у Європі величезний, створені Американської і Європейської групи, що займаються всім комплексом питань, повязаних із впровадженням VHDL, як то: уточнення семантики мови, розробка методології опису різних класів ЦУ, розробка внутрішніх форматів подання VHDL-моделей у САПР для забезпечення сумісності розроблювальних продуктів, створення аналізаторів, що дозволяють контролювати синтаксис і семантику VHDL-моделей, створення довідково-навчальних систем і резидентних довідників по VHDL, що дозволяють писати VHDL- моделі під керуванням і контролем системи й, нарешті, створення потужних систем моделювання, що використають у якості вхідного VHDL. Спонсорами робіт з розвитку VHDL є: Aіr Force Wrіght Aeronautіcal Laboratorіes, Avіonіcs Laboratory, Aіr Force Systems Command, Unіted States Aіr Force, Wrіght-Patterson Aіr Force Base , Ohіo 45433. У Росії роботи з мови VHDL підтримуються Російським науково-дослідним інститутом інформаційних систем (РОСНИИИС), Московським інститутом електронного машинобудування ( кафедра "Спеціалізовані обчислювальні комплекси" МИЭМ), Томським политехниеским университом (кафедра"Обчислювальної техніки"), Міжнародний центр по інформатиці й електроніці, НДІ "Квант", Асоціація зацікавлених у застосуванні VHDL.