HDL概述

　　PLD能完成任何數(shù)字器件的功能，上至高性能CPU,下至簡(jiǎn)單的74電路，都可以用PLD來實(shí)現(xiàn)。PLD如同一張白紙或是一堆積木，工程師可以通過傳統(tǒng)的原理圖輸入法，或是硬件描述語言自由的設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)。通過軟件仿真，我們可以事先驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。在PCB完成以后，還可以利用PLD的在線修改能力，隨時(shí)修改設(shè)計(jì)而不必改動(dòng)硬件電路。使用PLD來開發(fā)數(shù)字電路，可以大大縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，減少PCB面積，提高系統(tǒng)的可靠性。FPGA是現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（Field Programable Gate Array）的簡(jiǎn)稱，兩者的功能基本相同，只是實(shí)現(xiàn)原理略有不同，所以我們有時(shí)可以忽略這兩者的區(qū)別，統(tǒng)稱為可編程邏輯器件或PLD/FPGA.

　　隨著EDA技術(shù)的發(fā)展，使用硬件語言設(shè)計(jì)PLD/FPGA成為一種趨勢(shì)。目前主要的硬件描述語言是VHDL和Verilog HDL. VHDL發(fā)展的較早，語法嚴(yán)格，而Verilog HDL是在C語言的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種硬件描述語言，語法較自由。 VHDL和Verilog HDL兩者相比，VHDL的書寫規(guī)則比Verilog煩瑣一些，但verilog自由的語法也容易讓少數(shù)初學(xué)者出錯(cuò)。 國外電子很多會(huì)在本科階段教授VHDL,在研究生階段教授verilog.從國內(nèi)來看，VHDL的參考書很多，便于查找資料，而Verilog HDL的參考書相對(duì)較少，這給學(xué)習(xí)Verilog HDL帶來一些困難。據(jù)調(diào)查在我國使用Verilog HDL的公司比使用VHDL的公司多。從EDA技術(shù)的發(fā)展上看，已出現(xiàn)用于CPLD/FPGA設(shè)計(jì)的硬件C語言編譯軟件，雖然還不成熟，應(yīng)用極少，但它有可能會(huì)成為繼VHDL和Verilog之后，設(shè)計(jì)大規(guī)模CPLD/FPGA的又一種手段。

　　選擇VHDL或者verilog HDL還是System Verilog?

　　VHDL全名Very-High-Speed Integrated Circuit HardwareDescription Language,誕生于1982年。1987年底，VHDL被IEEE和美國國防部確認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言 .自IEEE-1076（簡(jiǎn)稱87版）之后，各EDA公司相繼推出自己的VHDL設(shè)計(jì)環(huán)境，或宣布自己的設(shè)計(jì)工具可以和VHDL接口。1993年，IEEE對(duì)VHDL進(jìn)行了修訂，從更高的抽象層次和系統(tǒng)描述能力上擴(kuò)展VHDL的內(nèi)容，公布了新版本的VHDL,即IEEE標(biāo)準(zhǔn)的1076-1993版本，簡(jiǎn)稱93版。VHDL和Verilog作為IEEE的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言，得到眾多EDA公司支持，在電子工程領(lǐng)域，已成為事實(shí)上的通用硬件描述語言。

　　這是一個(gè)初學(xué)者常見的問題。其實(shí)這三種語言的差別并不大，他們的描述能力也是類似的。掌握其中一種語言以后，可以通過短期的學(xué)習(xí)，較快的學(xué)會(huì)另一種語言，掌握了verilog HDL學(xué)System Verilog則更是簡(jiǎn)單。選擇何種語言主要還是看周圍人群的使用習(xí)慣，這樣可以方便日后的學(xué)習(xí)交流。 當(dāng)然，如果您是集成電路（ASIC）設(shè)計(jì)人員，則必須首先掌握verilog,因?yàn)樵贗C設(shè)計(jì)領(lǐng)域，90%以上的公司都是采用verilog進(jìn)行IC設(shè)計(jì)。對(duì)于PLD/FPGA設(shè)計(jì)者而言，三種語言可以自由選擇。如果你熟悉C語言，則建議你學(xué)習(xí)verilog HDL,你會(huì)發(fā)現(xiàn)verilog HDL的許多語法和關(guān)鍵字和C語言中的相同，使你能夠很快突破語言障礙，快速入門。

　　學(xué)習(xí)HDL的幾點(diǎn)重要提示

　　HDL（Hardware Description Language），是硬件描述語言。顧名思義，硬件描述語言就是指對(duì)硬件電路進(jìn)行行為描述、寄存器傳輸描述或者結(jié)構(gòu)化描述的一種新興語言。HDL文本輸入 硬件描述語言是用文本的形式描述硬件電路的功能，信號(hào)連接關(guān)系以及時(shí)序關(guān)系。它雖然沒有圖形輸入那么直觀，但功能更強(qiáng)，可以進(jìn)行大規(guī)模，多個(gè)芯片的數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。常用的HDL有ABEL,VHDL和Verilog HDL等。

　　1.了解HDL的可綜合性問題：

　　HDL有兩種用途：系統(tǒng)仿真和硬件實(shí)現(xiàn)。 如果程序只用于仿真，那么幾乎所有的語法和編程方法都可以使用。 但如果我們的程序是用于硬件實(shí)現(xiàn)（例如：用于FPGA設(shè)計(jì)），那么我們就必須保證程序"可綜合"（程序的功能可以用硬件電路實(shí)現(xiàn)）。 不可綜合的HDL語句在軟件綜合時(shí)將被忽略或者報(bào)錯(cuò)。 我們應(yīng)當(dāng)牢記一點(diǎn)： "所有的HDL描述都可以用于仿真，但不是所有的HDL描述都能用硬件實(shí)現(xiàn)。"

　　2. 用硬件電路設(shè)計(jì)思想來編寫HDL:

　　學(xué)好HDL的關(guān)鍵是充分理解HDL語句和硬件電路的關(guān)系。 編寫HDL,就是在描述一個(gè)電路，我們寫完一段程序以后，應(yīng)當(dāng)對(duì)生成的電路有一些大體上的了解， 而不能用純軟件的設(shè)計(jì)思路來編寫硬件描述語言。 要做到這一點(diǎn)，需要我們多實(shí)踐，多思考，多總結(jié)。

　　3.語法掌握貴在精，不在多

　　20%的基本HDL語句就可以完成80%以上的電路設(shè)計(jì)，30%的基本HDL語句就可以完成95%以上的電路設(shè)計(jì)，很多生僻的語句并不能被所有的綜合軟件所支持，在程序移植或者更換軟件平臺(tái)時(shí)，容易產(chǎn)生兼容性問題，也不利于其他人閱讀和修改。建議多用心鉆研常用語句，理解這些語句的硬件含義，這比多掌握幾個(gè)新語法要有用的多。

　　HDL與原理圖輸入法的關(guān)系

　　HDL和傳統(tǒng)的原理圖輸入方法的關(guān)系就好比是語言和匯編語言的關(guān)系。HDL的可移植性好，使用方便，但效率不如原理圖；原理圖輸入的可控性好，效率高，比較直觀，但設(shè)計(jì)大規(guī)模CPLD/FPGA時(shí)顯得很煩瑣，移植性差。在真正的PLD/FPGA設(shè)計(jì)中，通常建議采用原理圖和HDL結(jié)合的方法來設(shè)計(jì)，適合用原理圖的地方就用原理圖，適合用HDL的地方就用HDL,并沒有強(qiáng)制的規(guī)定。在短的時(shí)間內(nèi)，用自己熟悉的工具設(shè)計(jì)出高效，穩(wěn)定，符合設(shè)計(jì)要求的電路才是我們的終目的。

　　HDL開發(fā)流程

　　用VHDL/VerilogHD語言開發(fā)PLD/FPGA的完整流程為：

　　1.文本編輯：用任何文本編輯器都可以進(jìn)行，也可以用專用的HDL編輯環(huán)境。通常VHDL文件保存為。vhd文件，Verilog文件保存為。v文件

　　2.功能仿真：將文件調(diào)入HDL仿真軟件進(jìn)行功能仿真，檢查邏輯功能是否正確（也叫前仿真，對(duì)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)可以跳過這一步，只在布線完成以后，進(jìn)行時(shí)序仿真）

　　3.邏輯綜合：將源文件調(diào)入邏輯綜合軟件進(jìn)行綜合，即把語言綜合成簡(jiǎn)的布爾表達(dá)式和信號(hào)的連接關(guān)系。邏輯綜合軟件會(huì)生成。edf（edif）的EDA工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)文件。

　　4.布局布線：將。edf文件調(diào)入PLD廠家提供的軟件中進(jìn)行布線，即把設(shè)計(jì)好的邏輯安放到PLD/FPGA內(nèi)

　　5.時(shí)序仿真：需要利用在布局布線中獲得的參數(shù)，用仿真軟件驗(yàn)證電路的時(shí)序。（也叫后仿真）

　　6.編程：確認(rèn)仿真無誤后，將文件到芯片中

　　通常以上過程可以都在PLD/FPGA廠家提供的開發(fā)工具（如QuartusII,ISP,ISE）中完成，但許多集成的PLD開發(fā)軟件只支持VHDL /Verilog的子集，可能造成少數(shù)語法不能編譯，如果采用專用HDL工具分開執(zhí)行，效果會(huì)更好，否則這么多出售專用HDL開發(fā)工具的公司就沒有存在的理由了。