初探VHDL语言在电子设计中的应用
周至公
摘 要：随着时代的进步，如今社会对电子技术和计算机技术的应用非常普遍，已经完全渗透到各行业中。而电子技术设计作为推动电子技术领域发展的主要动力，其逐渐向着高速度、大容量和小体积的方向发展，因此传统自下而上的电子设计方法已经难以满足要求，因此必须加强对VHDL硬件描述语言的应用。本文主要分析了VHDL硬件描述语言在电子设计中应用的构成，阐述了VHDL硬件描述语言在电子设计中应用的主要特点，并针对VHDL硬件描述语言在电子设计中的应用策略进行了研究和探讨。
关键词：VHDL硬件描述语言；电子技术设计；设计流程
VHDL硬件描述语言在数字电路与系统描述、模拟和设计中应用比较普遍，属于电子技术设计的核心[1]。尤其是随着集成电路技术的进步，人们对电子技术设计效率和设计水平的要求不断提升，因此选择合理的硬件描述语言具有必要性，而VHDL硬件描述语言能够有效降低电子技术设计难度，且具有通用性高、支持面广的特征，并获得了市场和电子电力公司的肯定与支持，可以有效促进电子技术设计想着自动化方向发展，缩短开发周期。
1 VHDL语言在电子设计中应用的构成
VHDL（Very-High-Speed Inte-grated Circuit Hardware Description Languagea）硬件描述语言，即超高速集成电路硬件描述语言，主要是应用于数字电路系统性能描述和模拟的语言[2]。VHDL硬件描述语言是在1983年由美国国防部创建，并在后期的发展和应用中，成为硬件描述语言的标准之一。随着IEEE对VHDL硬件描述语言的修订，VHDL硬件描述语言的内容得到的进一步的扩展，主要是从更高的抽象层次和系统描述能力进行扩展。当前VHDL硬件描述语言已经成为通用性硬件描述语言。
VHDL硬件描述语言的语法具有高度严格的特征，与Ada风格比较相近，即一段完整的VHDL代码包含实体语句、构造体语句、配置说明语句等。其中实体语句主要是针对设计单元的外部接口信号进行描述，构造体语句主要是针对设计单元内部的结构和行为进行描述。根据研究可知，利用构造体语句进行设计单元内部功能描述又可以分为三种方式，即行为级描述、寄存器传输级描述和结构描述等。配置说明依据主要是针对选取不同元件构成设计单元版本的描述。此外VHDL代码还包含库说明语句和包说明语句。其中库是进行编译实体、构造体、包和配置数据的存放，而包则是用来存在共享数据类型、常量和子程序等。常见的库类型主要分为IEEE库、STD库、ASIC矢量库等[3]。
2 VHDL语言在电子设计中应用主要特点
VHDL硬件描述语言主要是进行数字系统结构、行为、功能和接口的描述，其与其他语言相比，具有很多明显的优势和特点，主要表现在以下几个方面。
2.1 VHDL硬件描述语言描述能力强
VHDL硬件描述语言具有电路描述能力强和建模能力强等优势，主要表现在其能够从多个层次实现对数字系统的建模与描述，有效简化硬件设计任务，降低硬件设计难度，继而提高电子技术设计效率和设计可靠性。
2.2 VHDL硬件描述语言设计优化能力
VHDL硬件描述语言应用在电子技术设计中，能够脱离具体硬件电路、设计平台等特性，且其电路行为描述能力和系统描述能力优良，且其生命力和应用潜力非常强大，尤其是在语言易读性方便、层次性方面和结构化设计方面等。
2.3 VHDL硬件描述语言全新设计方法
VHDL硬件描述语言主要采用自上而下的设计方法，且包含库，有效应用在电子产品生命周期缩短的环境中，面对重新设计、融入全新技术和改变工艺等，均具有良好的适应性。自上而下的设计方法，可以将较大的系统分解成若干个模块，在分工合作时更加简单方便。此外设计人员在利用VHDL硬件描述语言进行电子技术设计时，可以单纯进行功能的设计，对于其他不会影响功能的因素，且无需耗费太多的精力[4]。
3 VHDL语言在电子设计中的应用策略
在电子技术设计中，VHDL硬件描述语言属于比较高层次的设计方法。技术人员在利用VHDL硬件描述语言进行电子技术设计时，首先要利用VHDL硬件描述语言进行电路系统的表达，并输入至计算机。随后利用HDL综合器对设计进行综合，将软件设计的HDL描述与硬件结构挂钩，实现软件转化为硬件电路。综合的作用主要是将VHDL硬件描述语言转换为低级语言，确保实现与FPGA/CPLD的基本结构相应的网表文件[5]。再利用适配器将综合器产生的网标文件配置目标器件中，产生下载文件。适配器又称之为结构综合器，主要是将网标文件针对的目标器件进行逻辑映射操作，如逻辑分割、优化等。而且由于电子技术设计的模拟仿真主要是在高层上实现，能够进一步提高错误发生效率，提升电子技术设计效率。
仿真主要是利用计算机对设计进行模拟，包含时序仿真、功能仿真。其中时序仿真中，文件包含器件硬件特性参数，即基于真实器件的特性进行仿真，仿真精度高。功能仿真主要是针对逻辑功能进行模式，不涉及具体器件的硬件特性。仿真后，将适配后生成的下载文件或配置文件，利用编程器进行下载，以实现硬件调试和验证。最后需要对硬件系统进行测试，确保设计项目在目标系统上的工作情况满足要求，针对存在错误的地方需要及时进行改进。
4 结束语
综上所述，将VHDL硬件描述语言应用与电子技术设计中，能够实现从多个层次进行数字系统的设计，有效降低设计难度，缩短设计周期，提高设计效率。如今VHDL硬件描述语言在电子技术设计应用中主要表现为自上而下应用方向，体现出逻辑综合和优化的重要性。
参考文献
[1]李要球，卢璐.VHDL硬件描述语言在数字电路设计中的应用[J].实验室科学，2011，05：97-99+103.
[2]夏莉莉.浅议VHDL语言在电子设计自动化中的应用[J].信息安全与技术，2012，07：44-46.
[3]张苹珍，王俊峰，仲涛.VHDL在数字逻辑电路设计中的应用方法[J].信息通信，2012，05：96-97.
[4]柴志成，罗俊宁.VHDL语言在数字电路教学改革中的应用[J].电子世界，2014，17：180-181.
[5]江文超，王文远.VHDL在基于CPLD和单片机的数字频率计系统设计中的应用[J].电子制作，2014，07：205+203.
摘 要：随着时代的进步，如今社会对电子技术和计算机技术的应用非常普遍，已经完全渗透到各行业中。而电子技术设计作为推动电子技术领域发展的主要动力，其逐渐向着高速度、大容量和小体积的方向发展，因此传统自下而上的电子设计方法已经难以满足要求，因此必须加强对VHDL硬件描述语言的应用。本文主要分析了VHDL硬件描述语言在电子设计中应用的构成，阐述了VHDL硬件描述语言在电子设计中应用的主要特点，并针对VHDL硬件描述语言在电子设计中的应用策略进行了研究和探讨。
关键词：VHDL硬件描述语言；电子技术设计；设计流程
VHDL硬件描述语言在数字电路与系统描述、模拟和设计中应用比较普遍，属于电子技术设计的核心[1]。尤其是随着集成电路技术的进步，人们对电子技术设计效率和设计水平的要求不断提升，因此选择合理的硬件描述语言具有必要性，而VHDL硬件描述语言能够有效降低电子技术设计难度，且具有通用性高、支持面广的特征，并获得了市场和电子电力公司的肯定与支持，可以有效促进电子技术设计想着自动化方向发展，缩短开发周期。
1 VHDL语言在电子设计中应用的构成
VHDL（Very-High-Speed Inte-grated Circuit Hardware Description Languagea）硬件描述语言，即超高速集成电路硬件描述语言，主要是应用于数字电路系统性能描述和模拟的语言[2]。VHDL硬件描述语言是在1983年由美国国防部创建，并在后期的发展和应用中，成为硬件描述语言的标准之一。随着IEEE对VHDL硬件描述语言的修订，VHDL硬件描述语言的内容得到的进一步的扩展，主要是从更高的抽象层次和系统描述能力进行扩展。当前VHDL硬件描述语言已经成为通用性硬件描述语言。
VHDL硬件描述语言的语法具有高度严格的特征，与Ada风格比较相近，即一段完整的VHDL代码包含实体语句、构造体语句、配置说明语句等。其中实体语句主要是针对设计单元的外部接口信号进行描述，构造体语句主要是针对设计单元内部的结构和行为进行描述。根据研究可知，利用构造体语句进行设计单元内部功能描述又可以分为三种方式，即行为级描述、寄存器传输级描述和结构描述等。配置说明依据主要是针对选取不同元件构成设计单元版本的描述。此外VHDL代码还包含库说明语句和包说明语句。其中库是进行编译实体、构造体、包和配置数据的存放，而包则是用来存在共享数据类型、常量和子程序等。常见的库类型主要分为IEEE库、STD库、ASIC矢量库等[3]。
2 VHDL语言在电子设计中应用主要特点
VHDL硬件描述语言主要是进行数字系统结构、行为、功能和接口的描述，其与其他语言相比，具有很多明显的优势和特点，主要表现在以下几个方面。
2.1 VHDL硬件描述语言描述能力强
VHDL硬件描述语言具有电路描述能力强和建模能力强等优势，主要表现在其能够从多个层次实现对数字系统的建模与描述，有效简化硬件设计任务，降低硬件设计难度，继而提高电子技术设计效率和设计可靠性。
2.2 VHDL硬件描述语言设计优化能力
VHDL硬件描述语言应用在电子技术设计中，能够脱离具体硬件电路、设计平台等特性，且其电路行为描述能力和系统描述能力优良，且其生命力和应用潜力非常强大，尤其是在语言易读性方便、层次性方面和结构化设计方面等。
2.3 VHDL硬件描述语言全新设计方法
VHDL硬件描述语言主要采用自上而下的设计方法，且包含库，有效应用在电子产品生命周期缩短的环境中，面对重新设计、融入全新技术和改变工艺等，均具有良好的适应性。自上而下的设计方法，可以将较大的系统分解成若干个模块，在分工合作时更加简单方便。此外设计人员在利用VHDL硬件描述语言进行电子技术设计时，可以单纯进行功能的设计，对于其他不会影响功能的因素，且无需耗费太多的精力[4]。
3 VHDL语言在电子设计中的应用策略
在电子技术设计中，VHDL硬件描述语言属于比较高层次的设计方法。技术人员在利用VHDL硬件描述语言进行电子技术设计时，首先要利用VHDL硬件描述语言进行电路系统的表达，并输入至计算机。随后利用HDL综合器对设计进行综合，将软件设计的HDL描述与硬件结构挂钩，实现软件转化为硬件电路。综合的作用主要是将VHDL硬件描述语言转换为低级语言，确保实现与FPGA/CPLD的基本结构相应的网表文件[5]。再利用适配器将综合器产生的网标文件配置目标器件中，产生下载文件。适配器又称之为结构综合器，主要是将网标文件针对的目标器件进行逻辑映射操作，如逻辑分割、优化等。而且由于电子技术设计的模拟仿真主要是在高层上实现，能够进一步提高错误发生效率，提升电子技术设计效率。
仿真主要是利用计算机对设计进行模拟，包含时序仿真、功能仿真。其中时序仿真中，文件包含器件硬件特性参数，即基于真实器件的特性进行仿真，仿真精度高。功能仿真主要是针对逻辑功能进行模式，不涉及具体器件的硬件特性。仿真后，将适配后生成的下载文件或配置文件，利用编程器进行下载，以实现硬件调试和验证。最后需要对硬件系统进行测试，确保设计项目在目标系统上的工作情况满足要求，针对存在错误的地方需要及时进行改进。
4 结束语
综上所述，将VHDL硬件描述语言应用与电子技术设计中，能够实现从多个层次进行数字系统的设计，有效降低设计难度，缩短设计周期，提高设计效率。如今VHDL硬件描述语言在电子技术设计应用中主要表现为自上而下应用方向，体现出逻辑综合和优化的重要性。
参考文献
[1]李要球，卢璐.VHDL硬件描述语言在数字电路设计中的应用[J].实验室科学，2011，05：97-99+103.
[2]夏莉莉.浅议VHDL语言在电子设计自动化中的应用[J].信息安全与技术，2012，07：44-46.
[3]张苹珍，王俊峰，仲涛.VHDL在数字逻辑电路设计中的应用方法[J].信息通信，2012，05：96-97.
[4]柴志成，罗俊宁.VHDL语言在数字电路教学改革中的应用[J].电子世界，2014，17：180-181.
[5]江文超，王文远.VHDL在基于CPLD和单片机的数字频率计系统设计中的应用[J].电子制作，2014，07：205+203.
