《EDA技术与实际教程》课程研究论文
VHDL语言的高级使用技巧
论文作者姓名： 王帅
作 者 学 号： 2009237050
所 在 学 院： 物理学院
所 学 专 业： 通信工程
教 师 姓 名： 梁勇 论文完成时间：2012年06月10 日
目 录
摘 要： ............................................................................................ 3 一 绪论……………………………………………………………..3 1.1 研究IP核的意义................................................................. 3 1.2 IP核的国内现状............................................................... 3 二 VHDL语言概述………………………………………….……..4 2.1 VHDL简述………………………………….………………..4 2.2 VHDL语言特点 ...................................................................... 4 2.3 VHDL语言优势 ...................................................................... 5 2.4 VHDL电路设计 ...................................................................... 6 2.5 VHDL语言与C语言的区别………………………………...7 三 VHDL语言结构分析 ................................................................ 7 3.1 VHDL语言设计的基本单元及构成 .......................................... 7 3.2 VHDL语言的数据类型与运算操作符 .................................... 10 3.3 VHDL语言的主要描述语句..........................13 四 VHDL语言高级使用技巧—IP核………………………..…13 4.1 IP核的简介.....................................13 4.2 IP核的分类.....................................13 4.3 IP核的生成.....................................14 4.4 IP核的应用.....................................15 五 结论.............................................18 参考文献…………………………………………………………..18
摘要
本课题先介绍VHDL语言的，然后主要研究了VHDL语言中IP核的简介、分类、生成、应用，目的是让同学们对IP核有深入的了解与应用。由于集成电路发展到超大规模阶段后，芯片中凝聚的知识已经高度浓缩。专有知识产权的IP核设计及其再利用是保证SoC开发效率和质最的重要手段。 随着CPLD/FPGA的规模越来越大，设计越来越复杂，IP核是必然的发展趋势。IP核的研究，在国内外引起高度的重视。希望通过本次课题，让同学了解掌握IP核的使用。
关键词：VHDL语言 高级使用技巧 IP核
第一章 绪论
1.1 研究IP核的意义
IP核（Intellectual Property core）是一段具有特定电路功能的硬件描述语言程序，该程序与集成电路工艺无关，可以移植到不同的半导体工艺中去生产集成电路芯片。
IP（知识产权）核将一些在数字电路中常用，但比较复杂的功能块，如FIR滤波器、SDRAM控制器、PCI接口等设计成可修改参数的模块。IP核的重用是设计人员赢得迅速上市时间的主要策略。随着CPLD/FPGA的规模越来越大，设计越来越复杂（IC的复杂度以每年55%的速率递增，而设计能力每年仅提高21%），设计者的主要任务是在规定的时间周期内完成复杂的设计。调用IP核能避免重复劳动，大大减轻工程师的负担，因此使用IP核是一个发展趋势。
1.2 国内现状
新华网上海９月６日电（记者叶国标）从\中国制造\到\中国创造\，随着中国企业自主创新能力的增强，催生了一批完全拥有自主知识产权的\中国芯\，如：方舟、龙芯、爱国者、星光、网芯、展讯等。中国不再仅仅是芯片消费大国，而且开始成为芯片生产大国。
俞忠钰认为，尽管中国芯片产业实现了飞跃，但与国际芯片生产强国相比，差距依然悬殊，主要表现在：产业规模虽然迅速扩大，但依然赶不上整个信息产业的发展步伐。２００３年，中国芯片产业产值３６０亿元，在信息产业１．８万亿元的总产值中仅占２％，国内市场占有率不到２０％；自主创新能力还较薄弱，尚未掌握核心技术和设备，芯片制造的关键设备、ＩＰ核、关键原材料等还需依
靠进口；产业链上下游各环节的联动还不协调，芯片与整机间的互动发展迫在眉睫；以及缺乏具有国际竞争力的品牌产品和优势企业，整个产业尚处于发展期，还需国家大力扶植。
第二章 VHDL语言概述
2.1 VHDL简述
Very-High-Speed Integrated Circuit HardwareDescription Language,诞生于1982年。1987年底，VHDL被IEEE和美国国防部确认为标准硬件描述语言 。自IEEE-1076（简称87版)之后，各EDA公司相继推出自己的VHDL设计环境，或宣布自己的设计工具可以和VHDL接口。1993年，IEEE对VHDL进行了修订，从更高的抽象层次和系统描述能力上扩展VHDL的内容，公布了新版本的VHDL，即IEEE标准的1076-1993版本，简称93版。VHDL和Verilog作为IEEE的工业标准硬件描述语言，得到众多EDA公司支持，在电子工程领域，已成为事实上的通用硬件描述语言。 VHDL翻译成中文就是超高速集成电路硬件描述语言，主要是应用在数字电路的设计中。目前，它在中国的应用多数是用在FPGA/CPLD/EPLD的设计中。当然在一些实力较为雄厚的单位，它也被用来设计ASIC。 VHDL主要用于描述数字系统的结构，行为，功能和接口。除了含有许多具有硬件特征的语句外，VHDL的语言形式、描述风格以及语法是十分类似于一般的计算机高级语言。VHDL的程序结构特点是将一项工程设计，或称设计实体（可以是一个元件，一个电路模块或一个系统）分成外部（或称可视部分,及端口)和内部（或称不可视部分），既涉及实体的内部功能和算法完成部分。在对一个设计实体定义了外部界面后，一旦其内部开发完成后，其他的设计就可以直接调用这个实体。这种将设计实体分成内外部分的概念是VHDL系统设计的基本点。
2.2VHDL特点
与其他硬件描述语言相比，VHDL具有以下特点： 1.功能强大 设计灵活
VHDL具有功能强大的语言结构，可以用简洁明确的源代码来描述复杂的逻辑控制。它具有多层次的设计描述功能，层层细化，最后可直接生成电路级描述。VHDL支持同步电路、异步电路和随机电路的设计，这是其他硬件描述语言所不能比拟的。VHDL还支持各种设计方法，既支持自底向上的设计，又支持自顶向下的设计；既支持模块化设计，又支持层次化设计。 2.支持广泛 易于修改
由于VHDL已经成为IEEE标准所规范的硬件描述语言，目前大多数EDA工具几乎都支持VHDL，这为VHDL的进一步推广和广泛应用奠定了基础。在
硬件电路设计过程中，主要的设计文件是用VHDL编写的源代码，因为VHDL易读和结构化，所以易于修改设计。 3.强大的系统硬件描述能力
VHDL具有多层次的设计描述功能，既可以描述系统级电路，又可以描述门级电路。而描述既可以采用行为描述、寄存器传输描述或结构描述，也可以采用三者混合的混合级描述。另外，VHDL支持惯性延迟和传输延迟，还可以准确地建立硬件电路模型。VHDL支持预定义的和自定义的数据类型，给硬件描述带来较大的自由度，使设计人员能够方便地创建高层次的系统模型。
4.独立于器件的设计 与工艺无关
设计人员用VHDL进行设计时，不需要首先考虑选择完成设计的器件，就可以集中精力进行设计的优化。当设计描述完成后，可以用多种不同的器件结构来实现其功能。 5.很强的移植能力
VHDL是一种标准化的硬件描述语言，同一个设计描述可以被不同的工具所支持，使得设计描述的移植成为可能。 6.易于共享和复用
VHDL采用基于库（Library）的设计方法，可以建立各种可
再次利用的模块。这些模块可以预先设计或使用以前设计中的存档模块，将这些模块存放到库中，就可以在以后的设计中进行复用，可以使设计成果在设计人员之间进行交流和共享，减少硬件电路设计
2.3VHDL优势
1与其他的硬件描述语言相比，VHDL具有更强的行为描述能力，从而决定了他成为系统设计领域最佳的硬件描述语言。强大的行为描述能力是避开具体的器件结构，从逻辑行为上描述和设计大规模电子系统的重要保证。 2VHDL丰富的仿真语句和库函数，使得在任何大系统的设计早期就能查验设计系统的功能可行性，随时可对设计进行仿真模拟。
3VHDL语句的行为描述能力和程序结构决定了他具有支持大规模设计的分解和已有设计的再利用功能。符合市场需求的大规模系统高效，高速的完成必须有多人甚至多个代发组共同并行工作才能实现。
4对于用VHDL完成的一个确定的设计，可以利用EDA工具进行逻辑综合和优化，并自动的把VHDL描述设计转变成门级网表。