2.2.2.1 Giới thiệu chung về VHDL
VDHL là ngôn ngữ mô tả phần cứng cho các kiểu mạch số trong phạm vị các kết nối đơn giản của các cổng đến những hệ thống phức tạp. VHDL là viết tắt của VHSIC Hardware Description Language và VHSIC là viết tắt của Very High Speed Integrated Circuits.
VHDL là chuẩn do Bộ Quốc Phòng Mỹ phát triển từ thập niên 70. Dựa trên ngôn ngữ lập trình ADA nhằm tạo ra tài liệu mô tả hoạt động của các mạch điện tử nhằm thực hiện hệ thống hoặc mạch này trên linh kiện thực tế.
VHDL được xem như là sự kết hợp của các ngôn ngữ sau: ngôn ngữ tuần tự+ngôn ngữ đồng thời+netlist+định thời+mô phỏng. do cấu trúc VHDL cho phép thể hiện cách thức thực hiện theo kiểu song song hay tuần tự một hệ thống số có hoặc không có timing. Nó cũng cho phép vẽ một mô hình một hệ thống bằng các liên kết nối của các thành phần.
VHDL được dùng cho tổng hợp mạch (synthesis) cũng như mô phỏng mạch (simulation). Dù VHDL có thể mô phỏng một cách đầy đủ, nhưng không phải tất cả cấu trúc đều được VHDL tổng hợp.
2.2.2.2 Các ưu điểm của VHDL
VHDL được phát triển để giải quyết các khó khăn trong việc phát triển, thay đổi và lập tài liệu cho các hệ thống số. VHDL là một ngôn ngữ độc lập không gắn với bất kì một phương pháp thiết kế, một bộ mô tả hay công nghệ phần cứng nào. Người thiết kế có thể tự do lựa chọn công nghệ, phương pháp thiết kế trong khi chỉ sử dụng một ngôn ngữ thiết kế duy nhất [3]. và khi đem so sánh với các ngôn ngữ mô tả phần cứng khác ta thấy VHDL có một số ưu điểm hơn hẳn sau:
- Chương trình trong VHDL có thể viết theo nhiều cấu trúc khác nhau: ngẫu nhiên, tuần tự, nối chân, ngôn ngữ dạng sóng…
- VHDL là một ngôn ngữ phân cấp, hệ thống số có thể được mô phỏng như một kết nối các khối mà các khối này được thực hiện với các khối con khác nhỏ hơn.
- Cung cấp một cách mềm dẻo các phương thức thiết kế từ trên xuống, từ dưới lên hoặc tổ hợp cả hai.
- Cung cấp cả 2 mode đồng bộ và không đồng bộ.
- Linh hoạt trong kỹ thuật mô phỏng số như sử dụng biểu đồ trạng thái, thuật toán, hàm Boolean.
- Có tính đại chúng: VHDL đươc phát triển dưới sự bảo trợ của chính phủ Mỹ và hiện nay là một tiêu chuẩn của IEEE. VHDL được sự hỗ trợ của nhiều nhà sản xuất thiết bị cũng như nhiều nhà cung cấp công cụ thiết kế mô phỏng hệ thống.
- VHDL cung cấp 3 kiểu mẫu viết khác nhau là dataflow, behavioral và structural. - Không giới hạn về độ lớn thiết kế khi sử dụng ngôn ngữ.
- Khả năng định nghĩa kiểu dữ liệu mới cung cấp một công cụ hữu hiệu cho thiết kế và mô phỏng công nghệ với một mức rất cao.
2.2.2.3 Cấu trúc của một mô hình hệ thống sử dụng ngôn ngữ VHDL
VHDL là ngôn ngữ mô tả phần cứng nên nó có thể được sử dụng để làm mô hình của một hệ thống số. Hệ thống số có thể đơn giản là các cổng logic hay phức tạp như một hệ thống hoàn chỉnh.
Các khối xây dựng lên VHDL gọi là các khối thiết kế. có 3 khối thiết kế chính: - Khai báo Entity (Thực thể)
- Khai báo Arichitecture (Kiến trúc) - Khai báo configuration (Cấu hình)
Đôi khi ta sử dụng các gói (package) và mô hình kiểm tra hoạt động của hệ thống (Testbench).