【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 超高速集成電路硬件描述語(yǔ)言，主要是應(yīng)用在數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中。目前，它在中國(guó)的應(yīng)用多數(shù)是用在FPGA/CPLD/EPLD的設(shè)計(jì)中。當(dāng)然在一些實(shí)力較為雄厚的單位，它也被用來(lái)設(shè)計(jì)ASIC。VHDL主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、行為、功能和接口。除了含有許多具有硬件特征的語(yǔ)句外，VHDL的語(yǔ)言形式、描述風(fēng)格以及語(yǔ)法是十分類似于一般的計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言。VHDL的程序結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是將一項(xiàng)工程設(shè)計(jì)，或稱設(shè)計(jì)實(shí)體（可以是一個(gè)元件，一個(gè)電路模塊或一個(gè)系統(tǒng)）分成外部（或稱可視部分,及端口)和內(nèi)部（或稱不可視部分），既涉及實(shí)體的內(nèi)部功能和算法完成部分。在對(duì)一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)體定義了外部界面后，一旦其內(nèi)部開發(fā)完成后，其他的設(shè)計(jì)就可以直接調(diào)用這個(gè)實(shí)體。這種將設(shè)計(jì)實(shí)體分成內(nèi)外部分的概念是VHDL系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本點(diǎn)。
硬件描述語(yǔ)言的主要優(yōu)點(diǎn)：VHDL 是一種全方位的硬件描述語(yǔ)言，包括系統(tǒng)行為級(jí)、寄存器傳輸級(jí)和邏輯門級(jí)多個(gè)設(shè)計(jì)層次，支持結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流、行為 3 種描述形式的混合描述，因此VHDL幾乎覆蓋了以往各種硬件描述語(yǔ)言的功能，整個(gè)自頂向下或自底向上的電路設(shè)計(jì)過(guò)程都可以用 VHDL 來(lái)完成。VHDL在電子設(shè)計(jì)中具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）全方位硬件描述—從系統(tǒng)到電路。VHDL具有功能強(qiáng)大的語(yǔ)言結(jié)構(gòu),可以用簡(jiǎn)潔明確的代碼描述來(lái)進(jìn)行復(fù)雜控制邏輯的設(shè)計(jì)，而且覆蓋面廣,方法靈活。
（2）多種描述方式適應(yīng)層次化設(shè)計(jì)。VHDL具有多層次描述系統(tǒng)硬件功能的能力。能進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的硬件描述這是它最突出的優(yōu)點(diǎn)。
（3）VHDL語(yǔ)言的數(shù)據(jù)類型豐富語(yǔ)法嚴(yán)格清晰,串行和并行通用,物理過(guò)程清楚。
（4）VHDL的設(shè)計(jì)不依賴于特定的器件,方便了工藝的轉(zhuǎn)換。
（5）VHDL是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言，它的設(shè)計(jì)描述可以被不同的EDA工具所支持，可移植性強(qiáng)，易于共享和復(fù)用。同時(shí)，與其他的硬件描述語(yǔ)言相比,VHDL還具有以下特點(diǎn)：
（1）VHDL具有更強(qiáng)的行為描述能力。強(qiáng)大的行為描述能力避開了具體的器件結(jié)構(gòu)，是在邏輯行為上描述和設(shè)計(jì)大規(guī)模電子系統(tǒng)的重要保證。VHDL 的寬范圍描述能力使它成為高層次設(shè)計(jì)的核心，從而決定了它成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域最佳的硬件描述語(yǔ)言，并可進(jìn)行系統(tǒng)的早期仿真以保證設(shè)計(jì)的正確性。
（2）VHDL豐富的仿真語(yǔ)句和庫(kù)函數(shù)，使得在任何大系統(tǒng)的設(shè)計(jì)早期就能查驗(yàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能的可行性，隨時(shí)可對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真模擬。
（3）VHDL語(yǔ)句的行為描述能力和程序結(jié)構(gòu)，決定了它具有支持大規(guī)模設(shè)計(jì)的分解和已有設(shè)計(jì)的再利用功能。
（4）對(duì)于用 VHDL 完成的一個(gè)確定的設(shè)計(jì)，可以利用EDA工具進(jìn)行邏輯綜合和優(yōu)化，并自動(dòng)地把 VHDL 描述設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變成門級(jí)網(wǎng)表。
（5）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)，也不必管理最終設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)器件是什么，而進(jìn)行獨(dú)立的設(shè)計(jì)。
（6）用 VHDL 語(yǔ)言編寫的源程序便于文檔管理，用源代碼描述來(lái)進(jìn)行復(fù)雜控制邏輯的設(shè)計(jì)，既靈活方便，又便于設(shè)計(jì)結(jié)果的交流、保存和重用。
電子系統(tǒng)利用VHDL設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)方法有系統(tǒng)行為級(jí)描述算法，寄存器傳輸級(jí)算法和結(jié)構(gòu)級(jí)描述；VHDL源代碼是作為EDA綜合工具的輸入代碼，因此有效的VHDL建模風(fēng)格是控制綜合結(jié)果的最為有效的手段。要建立VHDL源代碼，設(shè)計(jì)者必須了解VHDL與綜合結(jié)果的關(guān)系。綜合算法不同，對(duì)于同樣的硬件描述，可能會(huì)得到不同的綜合結(jié)果。即使最后綜合出的電路都能實(shí)現(xiàn)相同的邏輯功能，其電路的復(fù)雜程度和時(shí)延特性都會(huì)有很大的差別，甚至某些額外的電路還使得系統(tǒng)運(yùn)行效率達(dá)不到要求。為此，下面列舉出了利用VHDL進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)的一些重要的、典型的優(yōu)化方法。用 VHDL進(jìn)行設(shè)計(jì)，其最終綜合出的電路的復(fù)雜程度除取決于設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)的功能的難度外，還受設(shè)計(jì)工程師對(duì)電路的描述方法的影響。最常見(jiàn)的使電路復(fù)雜化的原因之一是設(shè)計(jì)中存在許多本不必要的類似 LATCH的結(jié)構(gòu)。而且由于這些結(jié)構(gòu)通常都由大量的觸發(fā)器組成，不僅使電路更復(fù)雜，工作速度降低，而且由于時(shí)序配合的原因可能導(dǎo)致不好的結(jié)果。（三） EDA與傳統(tǒng)電子設(shè)計(jì)方法的比較及優(yōu)點(diǎn)與傳統(tǒng)的電子設(shè)計(jì)方法相比，EDA技術(shù)對(duì)于復(fù)雜電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試都比較簡(jiǎn)單，如果某一過(guò)程存在錯(cuò)誤，查找和修改起來(lái)比較方便，而且EDA技術(shù)的可移植性很強(qiáng)。 與世界各知名高校相比，我國(guó)高等院校在EDA及微電子方面的教學(xué)和科研工作有著明顯的差距，我們的學(xué)生現(xiàn)在做的課程實(shí)驗(yàn)普遍陳舊，動(dòng)手能力較差。從某種意義上來(lái)說(shuō)，EDA教學(xué)科研情況如何，代表著一個(gè)學(xué)校電類專業(yè)教學(xué)及科研水平的高低，而EDA教學(xué)科研工作開展起來(lái)后，還會(huì)對(duì)微電子類、計(jì)算機(jī)類學(xué)科產(chǎn)生積極的影響，從而帶動(dòng)各高校相應(yīng)學(xué)科的同步發(fā)展。
由于可編程邏輯器件性能價(jià)格比的不斷提高，開發(fā)軟件功能的不斷完善，而且由于用EDA技術(shù)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)具有用軟件的方式設(shè)計(jì)硬件。設(shè)計(jì)過(guò)程中可用有關(guān)軟件進(jìn)行各種仿真。系統(tǒng)可現(xiàn)場(chǎng)編程，在線升級(jí)。整個(gè)系統(tǒng)可集成在一個(gè)芯片上等特點(diǎn)，使其將廣泛應(yīng)用于專用集成電路和機(jī)械、電子、通信、航空航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學(xué)、軍事等各個(gè)領(lǐng)域新產(chǎn)品的開發(fā)研制中。傳統(tǒng)機(jī)電設(shè)備的電器控制系統(tǒng),如果利用EDA技術(shù)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)或進(jìn)行技術(shù)改造，不但設(shè)計(jì)周期短、設(shè)計(jì)成本低，而且將提高產(chǎn)品或設(shè)備的性能，縮小產(chǎn)品體積，提高產(chǎn)品的技術(shù)含量，提高產(chǎn)品的附加值。
EDA技術(shù)是電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一場(chǎng)革命，目前正處于高速發(fā)展階段，每年都有新的EDA工具問(wèn)世，我國(guó)EDA技術(shù)的應(yīng)用水平長(zhǎng)期落后于發(fā)達(dá)國(guó)家,如果說(shuō)用于民品的核心集成電路芯片還可以從國(guó)外買的到的話，那么軍用集成電路就必須依靠自己的力量研制開發(fā)，因?yàn)橛缅X是買不到國(guó)防現(xiàn)代化的，特別是中國(guó)作為一支穩(wěn)定世界的重要力