資料介紹
本文主要介紹了Verilog HDL 語言的一些基本知識,目的是使初學(xué)者能夠迅速掌握HDL 設(shè)計方法,初步了解并掌握Verilog HDL語言的基本要素,能夠讀懂簡單的設(shè)計代碼并能夠進行一些簡單設(shè)計的Verilog HDL建模。
當前業(yè)界的硬件描述語言中主要有VHDL 和Verilog HDL。公司根據(jù)本身ASIC設(shè)計現(xiàn)有的特點、現(xiàn)狀,主推Verilog HDL 語言,逐漸淡化VHDL語言,從而統(tǒng)一公司的ASIC/FPGA設(shè)計平臺,簡化流程。
系列教材完成得較匆忙,本身尚有許多不完善的地方,同時,可能還需要其他知識方面的培訓(xùn)但沒有形成培訓(xùn)教材,希望大家在培訓(xùn)過程中,多提寶貴意見,以便我們對它進行修改和完善
當前的數(shù)字電路設(shè)計從層次上分可分成以下幾個層次:
1. 算法級設(shè)計:利用高級語言如C語言及其他一些系統(tǒng)分析工具(如MATLAB)對設(shè)計從系統(tǒng)的算法級方式進行描述。算法級不需要包含時序信息。
2. RTL級設(shè)計:用數(shù)據(jù)流在寄存器間傳輸?shù)哪J絹韺υO(shè)計進行描述。
3. 門級:用邏輯級的與、或、非門等門級之間的連接對設(shè)計進行描述。
4. 開關(guān)級:用晶體管和寄存器及他們之間的連線關(guān)系來對設(shè)計進行描述。算法級是高級的建模,一般對特大型設(shè)計或有較復(fù)雜的算法時使用,特別是通訊方面的一些系統(tǒng),通過算法級的建模來保證設(shè)計的系統(tǒng)性能。在算法級通過后,再把算法級用RTL級進行描述。門級一般對小型設(shè)計可適合。開關(guān)級一般是在版圖級進行。
在傳統(tǒng)的設(shè)計方法中,當設(shè)計工程師設(shè)計一個新的硬件、一個新的數(shù)字電路或一個數(shù)字邏輯系統(tǒng)時,他或許在CAE 工作站上做設(shè)計,為了能在CAE工作站做設(shè)計,設(shè)計者必須為設(shè)計畫一張線路圖,通常地,線路圖是由表示信號的線和表示基本設(shè)計單元的符號連在一起組成線路圖,符號取自設(shè)計者用于構(gòu)造線路圖的零件庫。若設(shè)計者是用標準邏輯器件(如74系列等)做板極設(shè)計線路圖,那么在線路圖中,符號取自標準邏輯零件符號庫;若設(shè)計是進行ASIC設(shè)計,則這些符號取自ASIC庫的可用的專用宏單元。這就是傳統(tǒng)的原理圖設(shè)計方法。
對線路圖的邏輯優(yōu)化,設(shè)計者或許利用一些EDA工具或者人工地進行邏輯的布爾函數(shù)邏輯優(yōu)化。為了能夠?qū)υO(shè)計進行驗證,設(shè)計者必須通過搭個硬件平臺(如電路板),對設(shè)計進行驗證。
隨著電子設(shè)計技術(shù)的飛速發(fā)展,設(shè)計的集成度、復(fù)雜度越來越高,傳統(tǒng)的設(shè)計方法已滿足不了設(shè)計的要求,因此要求能夠借助當今先進的EDA工具,使用一種描述語言,對數(shù)字電路和數(shù)字邏輯系統(tǒng)能夠進行形式化的描述,這就是硬件描述語言。
硬件描述語言HDL(Hardware Description Language )是一種用形式化方法來描述數(shù)字電路和數(shù)字邏輯系統(tǒng)的語言。數(shù)字邏輯電路設(shè)計者可利用這種語言來描述自己的設(shè)計思想,然后利用 EDA工具進行仿真,再自動綜合到門級電路,最后用ASIC或FPGA實現(xiàn)其功能。舉個例子,在傳統(tǒng)的設(shè)計方法中,對2輸入的與門,我們可能需到標準器件庫中調(diào)個74系列的器件出來,但在硬件描述語言中,“& ”就是一個與門的形式描述,“C = A & B”就是一個2輸入與門的描述。而“and ”就是一個與門器件。
硬件描述語言發(fā)展至今已有二十多年歷史,當今業(yè)界的標準中(IEEE標準)主要有VHDL和 Verilog HDL 這兩種硬件描述語言。
設(shè)計方法學(xué)
當前的ASIC設(shè)計有多種設(shè)計方法,但一般地采用自頂向下的設(shè)計方法。
隨著技術(shù)的發(fā)展,一個芯片上往往集成了幾十萬到幾百萬個器件,傳統(tǒng)的自底向上的設(shè)計方法已不太現(xiàn)實。因此,一個設(shè)計往往從系統(tǒng)級設(shè)計開始,把系統(tǒng)劃分成幾個大的基本的功能模塊,每個功能模塊再按一定的規(guī)則分成下一個層次的基本單元,如此一直劃分下去。自頂向下的設(shè)計方法可用下面的樹狀結(jié)構(gòu)表示:
通過自頂向下的設(shè)計方法,可實現(xiàn)設(shè)計的結(jié)構(gòu)化,使一個復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計可由多個設(shè)計者分工合作;還可以實現(xiàn)層次化的管理。
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