【正文】 言的優(yōu)點(diǎn) 與其他硬件描述語(yǔ)言相比，VHDL語(yǔ)言有如下優(yōu)越之處[15]： （1）VHDL語(yǔ)言支持自上而下（Top　Down）和基于庫(kù)（LibraryBase?。┑脑O(shè)計(jì)方法，還支持同步電路、異步電路、FPGA以及其他隨機(jī)電路的設(shè)計(jì)； （2）　VHDL語(yǔ)言具有多層次描述系統(tǒng)硬件功能的能力，可以從系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型直到門級(jí)電路，其高層次的行為描述可以與低層次的RTL描述和結(jié)構(gòu)描述混合使用，還可以自定義數(shù)據(jù)　類型，給編程人員帶來(lái)較大的自由和方便； （3）VHDL對(duì)設(shè)計(jì)的描述具有相對(duì)獨(dú)立性，設(shè)計(jì)者可以不懂硬件的結(jié)構(gòu)，也不必關(guān)心最終設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)器件是什么； （4）VHDL具有電路仿真與驗(yàn)證功能，可以保證設(shè)計(jì)的正確性，用戶甚至不必編寫如何測(cè)試相量便可以進(jìn)行源代碼級(jí)的調(diào)試，而且設(shè)計(jì)者可以非常方便地比較各種方案之間的可行性及其優(yōu)劣，不需做任何實(shí)際的電路實(shí)驗(yàn)； （5）　VHDL語(yǔ)言可以與工藝無(wú)關(guān)編程； （6）VHDL語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，易于共享和復(fù)用。 VHDL語(yǔ)言的特點(diǎn) VHDL 主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、行為和功能 ,其程序結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是將一個(gè)電路模塊或一個(gè)系統(tǒng)分成端口和內(nèi)部功能算法實(shí)現(xiàn)兩部分。3 基于FPGA設(shè)計(jì)的硬件描述語(yǔ)言VHDL VHDL語(yǔ)言簡(jiǎn)介 目前數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以直接面向用戶需求 ,根據(jù)系統(tǒng)的行為和功能要求 ,自上而下地逐層完成相應(yīng)的描述、綜合、優(yōu)化、仿真與驗(yàn)證 ,直到生成器件 ,實(shí)現(xiàn)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化。（5）開發(fā)周期短 由于FPGAN 內(nèi)部資源豐厚及功能強(qiáng)大以及相應(yīng)的EDA軟件功能完善和強(qiáng)大仿真能力便捷而實(shí)時(shí)開發(fā)過(guò)程形象而直觀兼之硬件因素涉及甚少，一些EDA專家指出未來(lái)的大系統(tǒng)FPGA設(shè)計(jì)僅是各類再應(yīng)用邏輯與 IP 核 CORE 的拼裝 TI 公司認(rèn)為 一個(gè)ASIC 80 功能可用IP 核等現(xiàn)成邏輯合成 因此可在很短的時(shí)間內(nèi)完成十分復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 FPGA 越來(lái)越多地采用了先進(jìn)的 JTAG ISP和ICR 技術(shù)。因此，F(xiàn)PGA的使用非常靈活。掉電后，F(xiàn)PGA恢復(fù)成白片，內(nèi)部邏輯關(guān)系消失，因此，F(xiàn)PGA能夠反復(fù)使用。目前FPGA的品種很多，有XILINX的XC系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司的FIEX系列等。3）FPGA內(nèi)部有豐富的觸發(fā)器和I／O引腳。它是作為專用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。 采用PLD的另一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)是在設(shè)計(jì)階段中客戶可根據(jù)需要修改電路，直到對(duì)設(shè)計(jì)工作感到滿意為止。 對(duì)于可編程邏輯器件，設(shè)計(jì)人員可利用價(jià)格低廉的軟件工具快速開發(fā)、仿真和測(cè)試其設(shè)計(jì)。而且，如果器件工作不合適，或者如果應(yīng)用要求發(fā)生了變化，那么就必須開發(fā)全新的設(shè)計(jì)。 邏輯器件可分為兩大類，即固定邏輯器件和可編程邏輯器件。2 FPGA的相關(guān)介紹 可編程邏輯器件 在數(shù)字電子系統(tǒng)領(lǐng)域，存在三種基本的器件類型：存儲(chǔ)器、微處理器和邏輯器件。硬件方面要解決FPGA可編程器件與其外圍電路的接口設(shè)計(jì)的問(wèn)題；軟件方面主要問(wèn)題是利用VHDL語(yǔ)言完成基于FPGA的電子密碼鎖的編程問(wèn)題。IC卡電子密碼鎖成本低，體積小，卡片本身無(wú)須電源等優(yōu)點(diǎn)占領(lǐng)了一定的市場(chǎng)份額，但是由于有機(jī)械接觸，會(huì)產(chǎn)生接觸磨損，而且使用不太方便，在一定程度上限制了它的應(yīng)用；射頻卡式電子密碼鎖是非接觸式電子密碼鎖，成本也不太高，體積跟IC卡密碼鎖相當(dāng)，卡片使用感應(yīng)電源，重量很輕，技術(shù)成熟，受到了廣泛的歡迎，但是與IC卡電子密碼鎖相比，成本偏高；指紋識(shí)別電子密碼鎖和瞳孔識(shí)別電子密碼鎖可靠性很高，安全性是目前應(yīng)用系統(tǒng)中最高的，但是成本高昂，還沒進(jìn)入大眾化使用階段[5]。 國(guó)內(nèi)外概況隨著我國(guó)對(duì)外開放的不斷深入，高檔建筑發(fā)展很快，高檔密碼鎖具市場(chǎng)的前景樂觀。當(dāng)然，密碼又不能太復(fù)雜，太復(fù)雜了可能自己都糊涂了，或者輸入密碼操作成功率低，造成使用不便。本制作是針對(duì)這些電路而設(shè)計(jì)的，將以往的以單片機(jī)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)改為可編程器件FPGA利用VHDL編程實(shí)現(xiàn)電子密碼鎖的設(shè)計(jì)。由于采用的是可編程邏輯器件FPGA，使得系統(tǒng)有相當(dāng)大的靈活性，隨時(shí)可以進(jìn)行硬件升級(jí)、擴(kuò)展，而且系統(tǒng)設(shè)計(jì)完善以后還可以將主控的FPGA固化成一片ASIC，那么這塊ASIC就可以作為專用的數(shù)字密碼鎖芯片。 目前使用的電子密碼鎖大部分是基于單片機(jī)技術(shù), 以單片機(jī)為主要器件, 其編碼器與解碼器的生成為軟件方式。 在數(shù)字技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，電子密碼鎖技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展。當(dāng)然，該系統(tǒng)在一些細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)上還需要不斷的完善和改進(jìn)，特別是對(duì)系統(tǒng)的擴(kuò)展有很好的實(shí)用和設(shè)計(jì)的價(jià)值。在實(shí)際應(yīng)用中, 由于程序容易跑飛, 系統(tǒng)的可靠性能較差。目前使用的電子密碼鎖大部分是基于單片機(jī)技術(shù), 以單片機(jī)為主要器件, 其編碼器與解碼器的生成為軟件方式。通過(guò)仿真調(diào)試，利用可編程器件FPGA的電子密碼鎖的設(shè)計(jì)基本達(dá)到了預(yù)期目的。它是解決重要部門出入口實(shí)現(xiàn)安全防范管理的有效措施，適用各種場(chǎng)合，如銀行、賓館、機(jī)房、軍械庫(kù)、機(jī)要室、辦公間、智能化小區(qū)、工廠、家庭等。在該系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加相應(yīng)的輔助設(shè)備可以進(jìn)行電梯控制、車輛進(jìn)出控制，物業(yè)消防監(jiān)控、餐飲收費(fèi)、私家車庫(kù)管理等，真正實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)一卡智能管理。用電子密碼鎖代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械式密碼鎖，克服了機(jī)械式密碼鎖密碼量少、安全性能差的缺點(diǎn)。這種電路的特點(diǎn)就是密碼修改只能通過(guò)改變電路的連接來(lái)實(shí)現(xiàn)，密碼很容易被破解，電路復(fù)雜，故障率高。但是密碼不能太簡(jiǎn)單，太簡(jiǎn)單了就容易被他人在鍵盤上試探出來(lái)，或者可能被旁觀者窺測(cè)出來(lái)，造成保密性不足。它與傳統(tǒng)鎖具的不同之處在于：它與可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，應(yīng)用簡(jiǎn)潔清晰的VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)編程思想，能夠?qū)崿F(xiàn)適時(shí)、智能控制管理功能，特別是在系統(tǒng)的擴(kuò)展上有很好的優(yōu)勢(shì)。目前，市場(chǎng)上比較先進(jìn)的智能電子密碼鎖分別有：IC卡電子密碼鎖、射頻卡式電子密碼鎖、紅外遙控電子密碼鎖、指紋識(shí)別電子密碼鎖和瞳孔識(shí)別電子密碼鎖等。課題主要解決系統(tǒng)硬件和軟件兩方面的問(wèn)題。它具有安全可靠、連接方便、簡(jiǎn)單易用、結(jié)構(gòu)緊湊、系統(tǒng)可擴(kuò)展性好等特點(diǎn)。邏輯器件提供特定的功能，包括器件與器件間的接口、數(shù)據(jù)通信、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)顯示、定時(shí)和控制操作、以及系統(tǒng)運(yùn)行所需要的所有其它功能[7]。 對(duì)于固定邏輯器件，根據(jù)器件復(fù)雜性不同，從設(shè)計(jì)、原型到最終生產(chǎn)所需要的時(shí)間可從數(shù)月至一年多不等。這些NRE成本可能從數(shù)十萬(wàn)美元至數(shù)百萬(wàn)美元。這樣就沒有了NRE成本，最終的設(shè)計(jì)也比采用定制固定邏輯器件時(shí)完成得更快。 FPGA的簡(jiǎn)介 FPGA是英文Field Programmable Gate Array的縮寫，即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，它是在PAL、GAL、EPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物[9]。 2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC電路的中試樣片?？梢哉f(shuō)，F(xiàn)PGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。加電時(shí)，F(xiàn)PGA芯片將EPROM中數(shù)據(jù)讀入片內(nèi)編程RAM中，配置完成后，F(xiàn)PGA進(jìn)入工作狀態(tài)。這樣，同一片F(xiàn)PGA，不同的編程數(shù)據(jù)，可以產(chǎn)生不同的電路功能。（1）集成度越來(lái)越高 如Lattice的ispLSI或AMD的MACH芯片等效邏輯門已達(dá)10 萬(wàn)門以上 Altera 的10K 系列也在25 萬(wàn)門以上具有1 萬(wàn)個(gè)以上的寄存器 40 kbit 嵌人式存儲(chǔ)器 使得集成復(fù)雜信號(hào)處理算法成為可能 Raphael系列已達(dá)到100 萬(wàn)門以上集中了 FLEX10KFLEX6000 MAX7000的所有優(yōu)點(diǎn)可進(jìn)行單片設(shè)計(jì)Xilinx推出了上百萬(wàn)門的FPGA,它們可實(shí)現(xiàn)幾乎任何形式的數(shù)字電路或數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 在系統(tǒng)編程(ISP)/在線路重配置