ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＷＯＲＬＤ·攘 与习露寮 数字集成电路设计中的Ｖｈｄ ｌ应用探讨 深圳市天创成芯技术开发有限公司 潘慧峰 【摘要】现代数字ｏ６ｑ－￣［术的高速发展使得传统的数字电路设计模式已经无法跟上时代的需求。在未来，通过硬件描述语言来辅助设计也是 禾＿基电路设计的发展趋势。ＶｈａｌＮ出现让现代电子产品设计得到了完善，对于今后相关工作也具有重要的促进作用。 【关键词】数字集成电路；Ｖｈｄｌ；应用 Ｖｈｄｌ最早出现于一ＬＩ￣．￣Ｅ８ｏ年代末，主要用于电路设计的一种高 级 序语言。目前这利·语言是现代的电路设计中的重点，其优势也 幸¨埘突出。它的出观完善了现代数字电路设计的整体结构，让内部 序ｆ１］外部 序形成厂良好的协调，在技术上实现了创新化，也是 未来科技研究的重要方向。笔者也根据自身的工作经验，就如何实 Ｊ：￣ｌＶｈｄｌ的合理应川提出了自己的看法。 １．Ｖｈｄｌ简介 １．１ Ｖｈｄｌ的概念 Ｖｈｄｌ即超高速集成电路硬件描述语言，在数字电路设计当中 普遍使用。而在中国，通常运用于ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ或是ＣＰＬＤ的设计 当中。Ｖｈｄｌ主要描述数字系统的结构和行为，从语法上和传统的计 箅机高级语言类似。其系统的设计理念涉及到内部功能和算法也包 括外部端口．在对设计实体定义外部界面之后，其它设计也可以直 接对实体进行调用，这也是Ｖｈｄｌ系统设计的基础。与其它的一些硬 件描述语言相比，Ｖｈｄｌ在行为描述能力上更加出众，也是目前设计 领域最常见的意见描述语言，从逻辑上保障电子系统的安全运行。 而其大量的库函数和语句，在系统设计早期就能对系统可行性进行 判断，从而在仿真模拟的基础上来进行完善和优化。即便是设计者 对硬件结构不完全掌握的前提下，也不需要对设计目标器件进行管 理， 町以进行的设计Ｉｌ１。 １．２ Ｖｈｄｉ的特点 Ｖｈｄｌ的设计描述功能是多层次化的，既可以对门级电路进行描 述，也可以对系统级电路进行描述。描述的方式可以通过结构描述、 行为描述和寄存器描述三种方式，必要时还能通过配合协调的方式来 进行。此外，在硬件电路模型的设计上，Ｖｈｄｌ也能体现其特点，重点 于给硬件捕述提升了自由度，并支持传输延迟，让设计者们能够创 建高层次的系统模型，使系统模型能够具备合理的稳定性。 图１ Ｖｈｄｌ的具体设计流程 Ｖｈｄｌ目前是ＩＥＥＥ标准下的硬件描述语言，因此现阶段的大多数 ＥＤＡ工具都能支持Ｖｈｄｌ的使用，且主要的设计来源是Ｖｈｄｌ的源代码， 而其结构化的优势也能让其易修改，且支持同步电路和异步电路的 ·ｌ８·屯子世界 设计【１Ｉ。设计人员可以通过逻辑行为来描述电子系统。作为一种标准 化的硬件描述语言，其强大的控制能力也能让模块更加具有利用价 值，且模块可以通过预先设计的方式来进行存放，在后续的设讨‘环节 中也可以进行调用，让设计成果进行交流，使得设计描述转移的过程 具备可行性。Ｖｈｄｌ的兼容性和性也可以让系统运行完全脱离电子 加工设备，并保障系统的合理运行，随时进行数字系统的有效复制。 例如图１所展示的设计流程，就是对Ｖｈｄｌ特点的概括。 １．３ Ｖｈｄｌ的程序结构 １．３．１库 库是编译后的数据集合，在库中所存储的内容是结构体描述、 实体定义和程序包、在利用Ｖｈｄｌ来进行设计时，库中的内容就可以 作为资源被利用，或是作为参考依据，库还可以作为已经编译过的 设计文件，便于设计者们进行共享和有用的基础数据口ｌ。 １．３．２程序包 程序包是从本质上来看是命名的声明部分，可以利用包来将过程 函数进行逻辑性的安排。程序包由包说明和包体组成，任何可以出现 在块声明中的语句，包括函数、类型、变量等都可以在包中使用，并 且提供了全程变量。在程序包内说明的数据对实体是透明化的。 １．３．３实体 实体既包括了大型的数字系统，也包含了小型的与门。实体的性 质可以看作是电脑硬件的ＣＰＵ处理器，并且具备微处理器的特点。实 体说明部分通常设计的是输入和输出的端口名称和数据类型。 １．３．４结构体 结构体是对设计实体的描述。从其根本性质上来看，可以将其看 作是一个功能模块，对整个系统负责，而结构体则是对功能模块内部 的一种逻辑描述形式。换而言之，就是功能模块的内部细节和工作原 理可以通过结构体来进行具体描述，并将其合理地展示出来［４］。 １．３．５配置 配置是对不同层次的实体与结构体关系的一种连接式说明。实体 和结构体的连接关系配置中，设计者们可以通过对配置语句的调整来 为实体提供不同的结构体匹配方式 例如在仿真设汁当中，就可以对 不同的结构体来进行测试，选择不同的结构体来达到这一目标。 ２．数字集成电路设计中对Ｖｈｄｌ的应用 ２．１ Ｖｈｄｌ融合进制计算 Ｖｈｄｌ在数字集成电路设计当中首先体现在其融合进制计算的功 能之上。目前一般的计算程序除了常见的二进制计算之外，还包括 某些场合下的十进制计算方式。但这些计算方式都是在Ｖｈｄｌ语言编 程的基础上展开的。而数字化集成电路系统当中，要想实现数据的 合理对接，也需要让外部系统和内部电路系统之间形成良好的协调 和配合。Ｖｈｄｌ在电路设计系统中的规划作用，也使得其成为了主要 的编程语言。 ２．２ Ｖｈｄｌ集中模块工具 由于Ｖｈｄｌ本身是具有高融合性的产物，而当系统运作需要以 较快的速度运行时，电路设计硬件系统就应该具备的语言运行 编码，从而促进模块工具系统的整体融合。通常情况下采用层次性 的模块先进行系统规划，然后在通过Ｖｈｄｌ来寻找到事先储存在数据 库内的有用信息，为集成电路设计提供数字资源的需要。与此同 时，Ｖｈｄｌ对电路设计系统模块进行了规划，在运行结构、电路整体 结构和信息传输结构方面进行了重新编排，让电路设计＿Ｔ具可以集 ＥＬＥＣＴＲ０ＮＩＣＳ ＷＯＲＬＤ·攘素与 寮 中化、系统化地运用，保障了信息的完整性［５】。值得一提的是电 路设计阶段的信息数据输入还可以在有效的电路检验工作下开展， 并保障电路设计库的自动更新，成为了一套相对完善的运行程序， 也是模块工具集中化的体现。目前常用的模块程序包括ＩＢＭ ＲＩＳＣ ｓｙｓｔｅｍ／６０００或是Ｓｕｎ ＳＰＡＣｓｔａｔｉｏｎ，ＨＰ ９０００ Ｓｅｒｉｅｓ ７００／８００，这也是 目前现代集成电路设计中的主要技术模式，对于系统的综合运行能 力提升具有显著的促进作用。 ２．３ Ｖｈｄｌ融合编程设计 编程设计的综合性融合也是Ｖｈｄｌ在数字集成电路设计中的主 要优势。因为Ｖｈｄｌ语言的主要工作内容包括项目的输入、编辑、校 验和编程工作。这些不同类型的内容在现代化的数字集成电路设计 当中也应该不断地在电路设计结构上做到完善。如果设计者们需要 对电路设汁外部运行程序进行修改，例如当项目运行语言程序出现 问题时，就可以有效地利用其编程设计融合的特点来实现系统的规 划。因为Ｖｈｄｌ系统规划的方式是通过内部程序来实现外部数据的输 入，在系统规划结构方面实现了智能化和自动化，电路设计结构也 能符合实际标准，促进设计的稳定性提升ｌ６ｌ。 ２．４ Ｖｈｄｌ的集成化运行 在传统的电路设计工作当中，无论是设计还是规划环节都具 有显著的分散性的特点，重点不明确，而Ｖｈｄｌ的使用可以有效地将 分散化管理转变成为集成化的管理体系。通过对Ｖｈｄｌ的基本运行程 序来看，其系统结构设计体现出了明显的灵活性和完善程度，系统 的运行可以有效降低电路设计成本的运算量，实现一体化的水平提 升。如果我们将Ｖｈｄｌ系统看作是一栋高楼，那么高楼的设计施工需 要从底层施工过渡到顶层施工。Ｖｈｄｌ系统的底层设计部分是通过将 电路内部和外部系统进行联合设计，让数字电路系统处于一体化的 模式之下，无论是在规划的合理性还是设计后期的工作效率上都有 明显提高。此外，顶层设计可以将大数据进行分析和运行，然后让 外部硬件运行的各个部分都能竟然有序，在整体化的连接之下运 行，这也是现代数字集成电路设计中的关键。 ２．５ Ｖｈｄｌ融合多个平台 之前提到过Ｖｈｄｌ系统具有很出色的灵活性，而ⅥＩｄｌ在数字集成电路 没计当中也能够发挥显著的效果，尤其是融合多个平台的功能上。数字 集成电路设计本身具有多样性的平台，可以让电子数据在系统下实现数 据传输和延迟传输的功能，并实现电子技术支持下的多样性传输。此 外，Ｖｈｄｌ系统的整体结构能够实现融合应用。与现代数字系统的整体结 构相适应，从而完善数据多平台传输结构。具体来看，就是实现同步和 异步电流的传输，构建智能化的外界系统，并通过源文件来获得系统的 设计数据。让语言编码程序和仿真数据实现有效结合。例如通过“Ｆｉｌｅ． Ｐｒｏｊｅｃｔ－Ｓｅｔ Ｐｒｏｍ ｔＯ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｆｉｌｅ”的菜单，就可以对电路设计内部结构进行 层次规划，然后让仿真系统建立仿真波形，依据程序的要求来综合利用 多平台的资源，体现出融合应用的特点。 ２．６ Ｖｈｄｌ在基本界面设计中的作用 作为电路设计的基本系统语言，数字语言编码正是集成电路 设计的基本结构。Ｖｈｄｌ在基本界面的设计方面也具有完善的结构系 统，即之前提到过的库、程序包、结构体和配置四个部分。从其基 本的工作过程来看，流程是先通过库来建立数据分析集合体，然后 在保障电路设计结构具备数据结构的基础上来让程序包进行优化设 计，而电路设计系统是通过程序包向实体端口进行输送的。然后根 据结构体的电路设计信息来将信息结构转化为电路操作模式，并保 障电路结构的输出，让特定结构体与数字电路设计结构体进行融 合，形成完善的集成电路设计体系。 ＰＯＲＴ（ｃｉ：ＩＮ ｓｔｄ－ｌｏｇｉＣ； ｎｒｅｓｅｔ：ＩＮｓｔｄ—ｌｏｇｉｃ； ｌｏａｄ：ｌＮｓｔｄ—ｌｏｇｉｃ； ｄ：ＩＮｓｔｄ－ｌｏｇｉｅ—ｖｅｅｔｏｒ（７ＤＯＷＮＴＯ ０）； ｃｌｋ：ｌＮｓｔｄ－ｌｏｇｉｅ； ｃｏ：ＯＵＴｓｔｄ·Ｉｏｇｉｅ； ｑｈ：ｏｕｔｓｔｄ—ｌｏｇｉｃ—ｖｅｅｔｏｒ（３ＤＯｗＮＴｏ Ｏ）； ｑｌ：ｏｕｔｓｔｄ—ｌｏｇｉｅ－ｖｅｅｔｏｒ（３ＤＯｗＮＴＯ Ｏ））； ＥＮＤｅｎｔｅ１２ａ；ｒ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥｂｅｈａｖｅＯＦ ｃｎｔｍｌ２ａ ｌＳ Ｓｉｇｎａｌｑｈ－ｉｎｔ：Ｓｔｄ－Ｉｏｇｉｅ－ｖｅｅｔｏｒ（３ｄｏｗｎｔｏ Ｏ）； Ｓｉｇｎａｌｑｌ－ｉｎｔ：Ｓｔｄ—ｌｏｇｉｅ—ｖｅｅｔｏｒ（３ｄｏｗｍｏ Ｏ）； ＢＥＧＩＮ ｑｌ＜ ｑｌ—ｉｎｔ； Ｑｈ＜ ｑｈ－ｉｎｔ； ｃｏ＜＝’ｌ’ＷＨＥＮ（ｑｈ—Ｉｎ ”００ｏ０”ＡＮＤｑｌ－ ”１０１１”ＡＮＤｃｉ＝’１’）ＥＬＳＥ’０ ＰＲ０ＣＥＳＳ（ｃｌｋ．ｎｒｅｓｅｔ） ＢＥＧＩＮ ＩＦ（ｎｒｃｓｅｔ＝ ０’）ＴＨＥＮ ｑｈ—ｉｎｔ＜＝”００００”； ｑｌ－ｉｎｔ＜＝”００００”； ＥＬＳＩＦ（ｃｌｋ’ｅｖｅｎｔＡＮＤ ｃｌｋ＝’１’）ＴＨＥＮ ＩＦ（１ｏａｄ＝’１’）ＴＨＥＮ ｑｈ－ｉｎｔ＜＝ｄ（７ＤＯＷＮＴＯ４）； ｑｌ－ｉｎｔ（＝ｄｆ３ｄｏｗｎｔｏ Ｏ）： ＥＬＳＩＦ（ｃｉＭ’１’）ＴＴＨＥＮ ＩＦ（ｑｌ－ｉｎｔ＝１ ｌ１ ＦＨＥＮ ｑｌ－ｉｎｔ＜＝’’００００”： ＩＦ（ｑｈ－ｉｎｔ＝Ｏ）ＴＨＥＮ ｑｈ—ｉｎｔ＜＝’’００００”： ＥＬＳＥｑｈ—ｉｎｔ＜＝ｑｈ－ｉｎｔ＋ｌ： ＥＮＤＩＦ； ＥＬＳＥｑ｜一ｉｎｔ＜＝ｑｌ—ｉｎｔ＋１： ＥＮＤＩＦ； ＥＮＤＩＦ； ＥＮＤＩＦ； ＥＮＤＰＲＯＣＥＳＳ； Ｅ］ Ｄｂｅｈａｖｅ； 而这一‘１２’模只需要在原有的基础上进行修改，就能够实现对任意 进制的加法和减法计数器，并且可以作为库文件进行使用，优势 著。 ４．结语 通过研究，可以看－￣ｔＪＶｈｄｌ语言设计从本质上看就是通过软件设计和 配置相结合的过程，并且具有显著的电路系统描述和建模能力。在未来 的数字集成电路设计当中，Ⅵｌｄｌ也可以多层次地对数字系统进行设计，不 仅有效缩短工作周期，还能提升设计的灵活性和有效性。本文主要从Ⅵ ｌ 的内涵入手，从其优势进行分析，并探究Ｖｈｄｌ在数字集成电路设计中的体 现，配合实例来证明了其在设计过程中的优越性，是未来新技术的发展 方向。而Ⅵ讪的出现也说明了现代电子系统设汁的高要求。而在实际设计 环节中也可以通过抽象的语言来对系统结构进行描述，之后通过细化模 块，将Ⅵ讪描述成为门级电路，完善电子系统。 ３．Ｖｈｄｌ在数字集成电路设计中的具体例子 计数器是数字电路之中的常见应用，包括二进制、十进制等。 下文的设计方案是以模为ｌ２的加法计数器，端口包括。ｉ（进位）、 ｎｒｅｓｔ（置零）、ｌｏａｄ（￣ｌ载）、ｄ（数据输入）、ｌｋ（时钟）；输 出端口设计为ｃｏ（输出进位）、ｑｈ（高位输出）、ｑｌ（４￣ｋ位输出）。 ＬＩＢＲＡＲＹｉｅｅｅ； 参考文献 ｆ１１严梓扬，苏成悦，张宏鑫．Ｖｈｄｌ在数字集成电路设计中的应用分 析［Ｉ１．自动化与仪器仪表，２０１７（５）：１３１—１３３． 【２】李要球，卢璐．ＶＨＩ）Ｌ硬件描述语言在数字电路设计中的应用［Ｉ１． 实验室科学，２０１ １，１４（５）：９７－９９． 【３１周华．硬件描述语言ＶＨＤＬ的应用【Ｉｊ．凯里学院学报，２ｏ１２，３ｆ）（３）： １２５－１２６． ＵＳＥｉｅｅｅ．ｓｔｄ—Ｉｏｇｉｅ一１ １６４．ＡＬＬ； ＵＳＥｉｅｅｅ．ｓｔｄ—ｌｏｇｉｅ—ａ ｔ｝１．ＡＬＬ； ＵＳＥｉｅｅｅ．ｓｔｄ－Ｉｏｇｉｅ－ｕｎｓｉｇｎｅｄ．ＡＬＬ ＥＮＴｌＴＹ ｃｎｔｍ１２ａ ｌＳ 【４】赵鸿，彭碧玉，王宏卓．基于ＶＨＤＬ的ＣＲＣ校验及其在测控通信 中的应用 通信技术，２０１０，４３（２）：２９－３０ 【５】王彩凤，李卫兵，卞丽 ＶＨＤＬ￣言在电子设计中的应用ＵＩ．实验 科学与技术，２０１４，１２（４）：６５—６７． 电子世ｌｌｔ ·１ Ｌ）·
