Đồ Án Thiết Kế Mạch Bằng VHDL

Chương 1: Giới thiệu

1.1. Giới thiệu về VHDL

VHDL là ngôn ngữ mô tả phần cứng cho các mạch tích hợp tốc độ rất
cao, là một loại ngôn ngữ mô tả phần cứng được phát triển dùng cho trương
trình VHSIC( Very High Speed Itergrated Circuit) của bộ quốc phòng Mỹ.
Mục tiêu của việc phát triển VHDL là có được một ngôn ngữ mô phỏng phần
cứng tiêu chuẩn và thống nhất cho phép thử nghiệm các hệ thống số nhanh hơn
cũng như cho phép dễ dàng đưa các hệ thống đó vào ứng dụng trong thực tế.
Ngôn ngữ VHDL được ba công ty Intermetics, IBM và Texas Instruments bắt
đầu nghiên cứu phát triển vào tháng 7 năm 1983. Phiên bản đầu tiên được công
bố vào tháng 8-1985. Sau đó VHDL được đề xuất để tổ chức IEEE xem xét
thành một tiêu chuẩn chung. Năm 1987 đã đưa ra tiêu chuẩn về VHDL( tiêu
chuẩn IEEE-1076-1987).
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 kỳ 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 duy nhất. Và khi đem so sánh với
các ngôn ngữ mô phỏng phần cứng khác ta thấy VHDL có một số ưu điểm hơn
hẳn là:

- Thứ nhất là tính công cộng:

VHDL được 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.

- Thứ hai là khả năng được hỗ trợ bởi nhiều công nghệ và nhiều phương
pháp thiết kế:

VHDL cho phép thiết kế bằng nhiều phương pháp ví dụ phương pháp
thiết kế từ trên xuống, hay từ dưới lên dựa vào các thư viện sẵn có. VHDL
cũng hỗ trợ cho nhiều loại công cụ xây dựng mạch như sử dụng công nghệ
đồng bộ hay không đồng bộ, sử dụng ma trận lập trình được hay sử dụng mảng
ngẫu nhiên.

- Thứ ba là tính độc lập với công nghệ:

VHDL hoàn toàn độc lập với công nghệ chế tạo phần cứng. Một mô tả
hệ thống dùng VHDL thiết kế ở mức cổng có thể được chuyển thành các bản
tổng hợp mạch khác nhau tuỳ thuộc công nghệ chế tạo phần cứng mới ra đời nó
có thể được áp dụng ngay cho các hệ thống đã thiết kế.

- Thứ tư là khả năng mô tả mở rộng:

VHDL cho phép mô tả hoạt động của phần cứng từ mức hệ thống số cho
đến mức cổng. VHDL có khả năng mô tả hoạt động của hệ thống trên nhiều
mức nhưng chỉ sử dụng một cú pháp chặt chẽ thống nhất cho mọi mức. Như thế
ta có thể mô phỏng một bản thiết kế bao gồm cả các hệ con được mô tả chi tiết.

- Thứ năm là khả năng trao đổi kết quả:

Vì VHDL là một tiêu chuẩn được chấp nhận, nên một mô hình VHDL
có thể chạy trên mọi bộ mô tả đáp ứng được tiêu chuẩn VHDL. Các kết quả mô
tả hệ thống có thể được trao đổi giữa các nhà thiết kế sử dụng công cụ thiết kế
khác nhau nhưng cùng tuân theo tiêu chuẩn VHDL. Cũng như một nhóm thiết
kế có thể trao đổi mô tả mức cao của các hệ thống con trong một hệ thống lớn
(trong đó các hệ con đó được thiết kế độc lập).

- Thứ sáu là khả năng hỗ trợ thiết kế mức lớn và khả năng sử dụng lại các
thiết kế:

VHDL được phát triển như một ngôn ngữ lập trình bậc cao, vì vậy nó có
thể được sử dụng để thiết kế một hệ thống lớn với sự tham gia của một nhóm
nhiều người. Bên trong ngôn ngữ VHDL có nhiều tính năng hỗ trợ việc quản
lý, thử nghiệm và chia sẻ thiết kế. Và nó cũng cho phép dùng lại các phần đã có
sẵn.


Mục lục
Trang
Mục lục . - 1 -
Danh mục hình: . - 3 -
Danh mục bảng: - 5 -
Chương 1: Giới thiệu - 6 -
1.1. Giới thiệu về VHDL - 6 -
1.2. Giới thiệu công nghệ (và ứng dụng) thiết kế mạch bằng VHDL. . - 7 -
1.2.1 Ứng dụng của công nghệ thiết kế mạch bằng VHDL . - 7 -
1.2.2 Quy trinh thiết kế mạch bằng VHDL. . - 7 -
1.2.3. Công cụ EDA. . - 8 -
1.2.4. Chuyển mã VHDL vào mạch . - 9 -
Chương 2. Cấu trúc mã - 12 -
2.1. Các đơn vị VHDL cơ bản. - 12 -
2.2. Khai báo Library. . - 12 -
2.3. Entity ( thực thể). - 14 -
2.4. ARCHITECTURE ( cấu trúc). - 14 -
2.5. Các ví dụ mở đầu. . - 17 -
Chương 3: Kiểu dữ liệu - 20 -
3.1. Các kiểu dữ liệu tiền định nghĩa. . - 20 -
3.2. Các kiểu dữ liệu người dùng định nghĩa. - 23 -
3.3. Các kiểu con (Subtypes). - 23 -
3.4. Mảng (Arrays). - 24 -
3.5. Mảng cổng ( Port Array). . - 27 -
3.6. Kiểu bản ghi (Records). - 28 -
3.7. Kiểu dữ liệu có dấu và không dấu ( Signed and Unsigned). . - 28 -
3.8. Chuyển đổi dữ liệu. . - 29 -
3.9. Tóm tắt. . - 31 -
3.10. Các ví dụ. - 31 -
Chương 4: Toán tử và thuộc tính. . - 36 -
4.1. Toán tử. - 36 -
4.1.1 Toán tử gán. - 36 -
4.1.2 Toán tử Logic. . - 36 -
4.1.3 Toán tử toán học. - 36 -
4.1.4 Toán tử so sánh. - 37 -
4.1.5 Toán tử dịch. . - 37 -
4.2. Thuộc tính. . - 37 -
4.1.1. Thuộc tính dữ liệu. - 37 -
4.1.2. Thuộc tính tín hiệu. . - 38 -
4.3. Thuộc tính được định nghĩa bởi người dùng. . - 38 -
4.4. Chồng toán tử. . - 38 -
4.5. GENERIC. . - 39 -
4.6. Ví dụ. . - 39 -
Chương 5: Mã song song - 44 -
5.1. Song song và tuần tự. - 44 -
5.1.1. Mạch tổ hợp và mạch dãy. - 44 -
5.1.2. Mã song song và mã tuần tự. - 44 -
5.2. Sử dụng các toán tử. . - 45 -
5.3. Mệnh đề WHEN. . - 46 -
5.4. GENERATE. . - 52 -
5.5. BLOCK. . - 53 -
5.5.1. Simple BLOCK - 53 -
5.5.2. Guarded BLOCK - 54 -
Chương 6: Mã tuần tự - 56 -
6.1. PROCESS - 56 -
6.2. Signals và Variables. . - 57 -
6.3. IF. - 57 -
6.4. WAIT - 59 -
6.5. CASE. . - 62 -
6.6. LOOP. - 66 -
6.7. Bad Clocking. - 71 -
6.8. Sử dụng mã tuần tự để thiết kế các mạch tổ hợp. - 73 -
Chương 7: Signal và Variable - 76 -
7.1. CONSTANT. . - 76 -
7.2. SIGNAL. - 76 -
7.3. VARIABLE . - 78 -
7.4. Số thanh ghi. - 84 -
Chương 8: Máy trạng thái - 93 -
8.1. Giới thiệu. - 93 -
8.2. Thiết kế theo kiểu 1 (thiết kế theo mô hình may moore). - 94 -
8.3. Thiết kế kiểu 2. - 100 -
8.4. Kiểu mã hoá: từ nhị phân sang Onehot. . - 110 -
Chương 9: Thiết kế thêm các mạch . - 112 -
9.1. Barrel Shifte r. - 112 -
9.2. Bộ so sánh không dấu và có dấu. . - 114 -
9.3. Bộ cộng Carry Ripple và bộ cộng Carry Look Ahead. . - 116 -
9.4. Bộ chia dấu chấm tĩnh. . - 120 -
9.5. Bộ điều khiển máy bán hàng. . - 123 -
9.6. Bộ nhận dữ liệu nối tiếp - 126 -
9.7. Bộ chuyển song song thành nối tiếp. . - 128 -
9.8. Trò chơi trên led 7 thanh. . - 129 -
9.9. Bộ phát tín hiệu. - 132 -
9.10. Thiết kế bộ nhớ. . - 134 -
Tài liệu tham khảo: . - 140 -
Phân công công việc: . - 140 -