마스터 VHDL:FPGA 및 ASIC 설계에 대한 종합적인 소개

튜토리얼 – VHDL 소개

VHDL은 끔찍한 약어입니다. V를 의미합니다. HSIC H 하드웨어 D 설명 L 언어. 약어 안의 약어, 대단해요! VHSIC은 V를 나타냅니다. 에리 H 으아 스 내가 오줌을 싸다 통합된 C 회로. 따라서 확장된 VHDL은 V입니다. ery 고속 집적 회로 H 하드웨어 D 설명 L 언어. 휴, 한 입이군요. VHDL은 교육 및 비즈니스에서 FPGA 및 ASIC을 설계하는 데 사용되는 두 가지 언어 중 하나입니다. 이러한 매력적인 회로에 익숙하지 않은 경우 먼저 FPGA 및 ASIC 소개를 통해 이점을 얻을 수 있습니다. VHDL과 Verilog는 디지털 설계자가 회로를 설명하는 데 사용하는 두 가지 언어이며 C 및 Java와 같은 기존 소프트웨어 언어와는 디자인이 다릅니다.

아래 예에서는 설명하는 VHDL 파일을 생성합니다. 앤 게이트. 복습하자면, 간단한 And Gate에는 2개의 입력과 1개의 출력이 있습니다. 두 입력이 모두 1일 때만 출력이 1이 됩니다. 아래는 VHDL로 설명할 And Gate의 그림입니다.

앤 게이트

시작해 봅시다! VHDL의 기본 단위는 신호라고 합니다. . 지금은 신호가 0 또는 1일 수 있다고 가정해 보겠습니다(실제로 다른 가능성이 있지만 그에 대해 알아보겠습니다). 다음은 몇 가지 기본 VHDL 논리입니다.

signal and_gate : std_logic;
and_gate <= input_1 and input_2;

코드의 첫 번째 줄은 std_logic 유형의 신호를 정의하며 이를 and_gate라고 합니다. Std_logic은 신호를 정의하는 데 가장 일반적으로 사용되는 유형이지만, 배우게 될 다른 유형도 있습니다. 이 코드는 단일 출력(and_gate)과 2개의 입력(input_1 및 input_2)이 있는 AND 게이트를 생성합니다. 키워드 "and"는 VHDL에 예약되어 있습니다. <=연산자는 할당 연산자로 알려져 있습니다. 위의 코드를 구두로 구문 분석할 때 "신호 and_gate GETS input_1 and-ed with input_2"라고 큰 소리로 말할 수 있습니다.

이제 input_1과 input_2가 어디서 왔는지 스스로에게 물어볼 수 있습니다. 이름에서 알 수 있듯이 이 파일에 대한 입력이므로 도구에 이에 대해 알려주어야 합니다. 파일에 대한 입력과 출력은 엔티티에 정의됩니다. . 엔터티에는 파일에 대한 모든 입력과 출력을 정의하는 포트가 포함되어 있습니다. 간단한 엔터티를 만들어 보겠습니다:

entity example_and is
 port (
 input_1 : in std_logic;
 input_2 : in std_logic;
 and_result : out std_logic
 );
end example_and;

이것이 귀하의 기본 엔터티입니다. 이는 example_and라는 엔터티와 3개의 신호, 2개의 입력 및 1개의 출력을 정의하며 모두 std_logic 유형입니다. 이를 완료하려면 또 다른 VHDL 키워드가 필요하며 이는 아키텍처입니다. . 아키텍처는 특정 엔터티의 기능을 설명하는 데 사용됩니다. 논문이라고 생각하면 됩니다. 엔터티는 목차이고 아키텍처는 내용입니다. 이 엔터티에 대한 아키텍처를 만들어 보겠습니다:

architecture rtl of example_and is 
 signal and_gate : std_logic;
begin
 and_gate <= input_1 and input_2;
 and_result <= and_gate;
end rtl;

위 코드는 example_and 엔터티의 rtl이라는 아키텍처를 정의합니다. 아키텍처에서 사용되는 모든 신호는 "is"와 "begin" 키워드 사이에 정의되어야 합니다. 실제 아키텍처 논리는 "begin"과 "end" 키워드 사이에 있습니다. 이 파일 작업이 거의 완료되었습니다. 도구에 알려주어야 할 마지막 사항은 사용할 라이브러리입니다. 라이브러리는 특정 키워드가 파일에서 작동하는 방식을 정의합니다. 지금은 파일 상단에 다음 두 줄이 있어야 한다는 점을 당연하게 생각하세요:

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;

축하합니다! 첫 번째 VHDL 파일을 만들었습니다. 여기에서 완성된 파일을 볼 수 있습니다:

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
entity example_and is
 port (
 input_1 : in std_logic;
 input_2 : in std_logic;
 and_result : out std_logic
 );
end example_and;
architecture rtl of example_and is
 signal and_gate : std_logic;
begin
 and_gate <= input_1 and input_2;
 and_result <= and_gate;
end rtl;

멍청이와 게이트를 만들기 위해 많은 코드를 작성해야 했던 것 같나요? 우선, 게이트는 바보가 아닙니다. 둘째, 당신 말이 맞습니다. VHDL은 매우 장황한 언어입니다. 소프트웨어에서 아주 쉬운 일을 Verilog나 VHDL과 같은 HDL에서는 훨씬 더 오랜 시간이 걸린다는 사실에 익숙해지세요. 하지만 소프트웨어 전문가에게 Conway의 Game of Life를 표시하는 VGA 모니터에 이미지를 생성하도록 요청하고 놀라서 머리가 회전하는 것을 지켜보세요! 그런데 해당 영상은 VHDL과 FPGA로 제작되었습니다. 곧 그렇게 하실 수 있을 것입니다!

다음으로 또 다른 기본 VHDL 키워드인 프로세스에 대해 논의하겠습니다.