Breve Curso de VHDL. M. C. Felipe Santiago Espinosa. Profesor Investigador UTM

Transcripción

1 Breve Curso de VHDL M. C. Felipe Santiago Espinosa Profesor Investigador UTM Noviembre de

2 Orden del curso 1. Introducción al diseño con VHDL. 2. Unidades de diseño en VHDL. 3. Señales. 4. Especificación de la Interfaz. 5. Elementos de la Arquitectura. 6. Especificación del Comportamiento. 7. Múltiples procesos en una arquitectura. 8. Especificando la estructura del sistema. 2

3 I. Introducción al diseño con VHDL. 3

4 Antes de VHDL VHDL es un lenguaje para la descripción de Hardware. Surge como una necesidad debido a que los métodos clásicos basados principalmente en esquemáticos, llegan a ser ineficientes en diseños de altas escalas de integración. Antes de VHDL los métodos de diseño utilizados se basaban en ecuaciones booleanas y esquemáticos. El diseño con ecuaciones Booleanas requiere de la escritura de una ecuación por cada flip-flop. Es impráctico para circuitos con cientos de Flip-flops. Teóricamente cualquier sistema puede representarse con ecuaciones booleanas, pero tratar con miles de ellas llega a ser poco realizable. 4

5 Antes de VHDL... Los métodos basados en Esquemáticos ampliaron la capacidad de los que se basaban en ecuaciones booleanas al aceptar algunos circuitos adicionales aparte de compuertas y flip-flops. Con los circuitos agregados, con esta metodología se pueden manejar diseños jerárquicos acomodando más componentes con menos esfuerzo. Es preferida por muchos diseñadores por que las representaciones gráficas les muestran más claramente las relaciones entre diferentes bloques del diseño. Fue considerado como el método óptimo para el diseño de sistemas digitales. 5

6 Desventajas de los métodos tradicionales El sistema sólo contiene información de sus interconexiones pero no puede contener información de los fundamentos sobre los cuales fue creado. El comienzo de un diseño comienza con una descripión del comportamiento esperado. Con los métodos tradicionales la verificación del resultado final llega ser muy complicada. Tratar con cientos de ecuaciones es dificil, pero factible; sin embargo, si hablamos de miles de ecuaciones llega a ser imposible. Los esquemáticos con unos cientos de compuertas aún son posibles de tratar, pero los más nuevos CI contienen millones de compuertas y sus densidades continúa creciendo. 6

7 Descripción Informal Ecuaciones Booleanas Especificación en HDL Esquemático Sintésis del Circuito 7

8 Lenguajes para la descripción de Hardware Los lenguajes para la descripción de Hardware eliminan la mayoría de las desventajas. Su aplicación es directa en diferentes dispositivos programables: PLD s de diferentes complejidades, desde los simples PALs hasta los complejos CPLD s. FPGA s : Arreglos de Compuertas Programables en Campo. Actualmente hay diferentes lenguajes HDL, los más populares son: VHDL, Verilog y ABEL. 8

9 Niveles de Descripción de Sistemas ESTRUCTURA Bloques funcionales con elementos no- Digitales, o incluso que no son eléctricos mprocesadores, memorias, dispositivos I/O Registros, multiplexores, ALU s Compuertas, Flip-Flops Transistores, R, L, C Objetos Geométricos SISTEMA CHIPS REGISTROS COMPUERTAS CIRCUITOS SILICIO COMPORTAMIENTO Especificación del rendimiento Algoritmos, micro-operaciones Respuesta I/O Tablas de transición de estados, Tablas de verdad Ecuaciones booleanas Ecuaciones diferenciales No existe * Nota: En naranja los niveles que pueden ser descritos en VHDL. 9

10 Qué es VHDL? Es un acrónimo: V se toma por Very High Speed Integrated Circuit ( Circuito Integrado de muy alta velocidad ), y HDL significa Lenguaje para la Descripción de Hardware. Termino acuñado por el DoD de USA, quienes fueron los primeros en usarlo para: Documentación, modelado y simulación de dispositivos electrónicos. Los simuladores de VHDL surgen en los 90 s. VHDL no fue creado para sintesis, esta propiedad se le agrego al buscar formas que ayuden a automatizar los procesos de diseño. 10