2.1 VHDL语言简介

VHDL是目前广泛应用的硬件描述语言中的一种。这里简单介绍常用的主流硬件描述语言。

硬件描述语言（Hardware Description Language，HDL）在国外有上百种，高等学校、科研单位、EDA公司都有自己的HDL语言。现选择其中较有影响的进行简要介绍。

Cadence公司是一家实力雄厚的著名EDA公司。该公司的Verilog HDL于1983年由Gate Way Design Automatic公司的Phil Moorby首创。他在1984—1985年间成功设计了VerilogXL仿真器，于1986年提出了快速门级仿真的XL算法，使Verilog HDL语言变得更加丰富和完善，从而受到了EDA工具设计公司的青睐。1989年Candence公司购买了GDA公司，Verilog HDL语言从此变为Candence公司的“私有财产”，成为Candence公司的EDA设计环境上的硬件描述语言。经过Candence公司的努力，Verilog HDL于1995年成为IEEE标准，也是民间公司第一个硬件描述语言标准，即Verilog HDL 1364—1995。由于Verilog HDL语言从C语言发展而来，所以有C语言基础的设计人员能够较快入门。

ALTERA公司是一家半导体器件公司，其CPLD器件在世界市场上占主导地位。这家公司不仅是硬件生产厂商，也是EDA工具开发商，它的EDA工具MAX+plusⅡ、QuartusⅡ由于人机界面友好、易于使用、性能优良，而受到CPLD/FPGA器件设计人员的欢迎。运行在MAX+plusⅡ、QuartusⅡ环境下的AHDL语言具有C语言设计风格，易学易用，因此被众多用户使用。

HDL语言来自不同地方，由不同语言演变而来，为了各平台之间相互转换，业界又推出了EDIF（Electronic Design Interchange Format）。它不是一种语言，而是用于不同数据格式的EDA工具之间的交换设计数据。

VHDL语言是美国国防部在20世纪80年代实施超高速集成电路（Very High Speed Integrated Circuit，VHSIC）开发进程中，制定的一种描述集成电路结构和功能的标准语言。此后，该硬件描述语言VHSIC HDL（简称VHDL）被IEEE收录成为国际通用的工业标准（IEEE Standard 1076）。1988年，美国国防部规定所有官方的ASIC设计都必须以VHDL为设计描述语言，所以VHDL逐渐成为工业界的标准语言，不断推广。1996年，IEEE又将电路合成的标准程序与规格加入VHDL硬件描述语言中，成为IEEE 1076.3标准。

通过VHDL语言可以进行低至简单的逻辑门电路，高至完整的微处理器等器件的行为描述。VHDL语言具有以下特点。

☺ VHDL具有功能强大的语言结构，可用明确的代码描述复杂的控制逻辑设计，并具有多层次的设计描述功能。支持自上而下的设计方法和基于库的设计方法。

☺ VHDL语言可读性强，易于修改、校验，并可以通过仿真器对VHDL源代码进行功能仿真、验证。

☺ 作为标准语言，VHDL具有良好的通用性，使得功能设计可以不依赖于单一器件、单一开发工具，并且有诸多的参考设计可以参考运用，保证了设计的可移植性，缩短了设计周期。

VHDL语言通过描述电路的行为、功能和端口特性来完成特定的功能，我们可以把它理解成从功能寅语言寅硬件的一个映射过程。作为一种通用的程序设计语言，VHDL与其他高级语言，如C语言、PASCAL一样，具有程序语言的共同特点，即将一个复杂的设计理念通过可执行的程序语言逐步表达出来。它同样具有子程序、过程、函数等与软件语言类似的概念，为我们理解和掌握VHDL语言提供了便利。所不同的是，软件设计语言经过编译后，由CPU执行，而硬件描述语言是经过编译、综合成为可实现的硬件结构，下载到CPLD/FPGA或者制成ASIC器件，最终转化为硬件实现。另一个显著的不同，体现在软件语言和硬件描述语言的执行机制上。由软件语言编写的程序，在CPU中是按照时间顺序执行的，而VHDL语言描述的程序在硬件中大部分是并发执行的。 hXLTy8eqPl4v3X8MtldrcASVXWBrC44LYYp63zIfSQUiid3XqxRdgNjNW7BPwbUW