Язык VHDL (Very high speed integrated circuits Hardware Description Language) является фактически международным стандартом в области автоматизации проектирования цифровых систем, это входной язык многих современных систем автоматизированного проектирования (САПР) как заказных, так и программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) – Programmable Logic Devices (PLD) – и программируемых пользователями вентильных матриц – Field-Programmable Gate Arrays (FPGA). VHDL предназначен, в первую очередь, для спецификации – точного описания проектируемых систем и их моделирования на начальных этапах проектирования – алгоритмическом и логическом. С помощью VHDL можно моделировать электронные схемы с учетом реальных временных задержек.
В последнее время весьма успешно разрабатываются и системы синтеза схем по спецификациям на этом языке. Например, используя САПР WebPACK ISE, можно провести моделирование исходного описания схемы на языке VHDL, а затем синтезировать схему и получить файл настройки (конфигурации) микросхемы типа FPGA фирмы Xilinx. Использование САПР MAX+PLUSII позволяет решать аналогичные задачи для программируемых микросхем, выпускаемых фирмой Altera. Для заказных СБИС могут быть использованы САПР фирмы Mentor Graphics: система моделирования ModelSim позволяет провести моделирование описаний, представленных на языке VHDL, система синтеза LeonardoSpectrum позволяет автоматически получать по описаниям на языке VHDL схемы в заданных базисах логических элементов. Такие крупнейшие фирмы – производители программного обеспечения САПР в области микроэлектроники, как Cadence, Synopsys и многие другие используют язык VHDL в качестве языка исходного описания проектов.
VHDL – это мощный язык, он позволяет описывать поведение, т.е. алгоритмы функционирования цифровых систем, а также проводить иерархическое функционально-структурное описание систем, имеет средства для описания параллельных асинхронных процессов, регулярных (систолических) структур и в то же время обладает возможностями языка программирования высокого уровня – позволяет создавать свои типы данных, имеет широкий набор арифметических и логических операций и т.д.
Язык VHDL был разработан в США по инициативе министерства обороны этой страны. В 1987 г. VHDL был принят в качестве стандарта ANSI/IEEE Std 1076–1987. Данный стандарт часто называют VHDL'87. Затем язык был усовершенствован, новый стандарт ANSI/IEEE Std 1076–1993 (стандарт VHDL'93) появился в 1993 г. Язык VHDL развивается, ему посвящаются международные конференции, выходят научные журналы, в которых изучаются проблемы использования VHDL. Он стал языком разработки международных проектов, в том числе осуществляемых с помощью всемирной компьютерной сети Internet. Знакомство с этим языком необходимо для эффективной работы по созданию самой разнообразной электронной аппаратуры на современной элементной базе сверхбольших интегральных схем.
Данная книга предназначена для первоначального ознакомления с языком VHDL. Приводимые в ней определения синтаксических конструкций языка ориентируются на стандарт VHDL'93. В приложении дается синтаксис стандарта VHDL'93. Основной упор в книге делается на применение языка VHDL на этапах алгоритмического и логического проектирования цифровых систем, она оказалась незаменимой при начальном изучении языка VHDL студентами Белгосуниверситета (специализация "Математическая электроника") и студентами факультета компьютерного проектирования Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники. При написании книги за основу был взят материал лекционных курсов, читаемых автором в этих вузах на протяжении ряда лет. В конце каждой главы даются вопросы, задачи и упражнения для самостоятельной работы. Книга будет полезна как для студентов и аспирантов соответствующих специальностей, так и для специалистов, занимающихся разработкой электронной аппаратуры с помощью средств САПР.
Данное третье издание книги пополнено пятой главой, содержащей методические материалы, взятые из практики преподавания языка VHDL в университетах.
