INTRODUCCION AL LENGUAJE VHDL

Introducción al Lenguaje de
Descripción Hardware VHDL
• Arquitectura y tecnología de Computadores (Informática)
• Fundamentos de Computadores (Teleco)
Juan González (juan.gonzalez@uam.es)

(C) Sergio López Buedo

Lenguaje de Descripción Hardware VHDL
Introducción

VHDL

La entidad y la arquitectura
Tipos de datos
Los procesos
Circuitos combinacionales
Circuitos secuencialesMáquinas de estados
Triestados
Diseño jerárquico
Estilos de diseño
Verificación con testbenches

¿Para qué sirve el VHDL?
• El VHDL permite modelar SISTEMAS DIGITALES
• A partir de estos modelos podremos:

Sintetizar

Simular
0 ns

10 ns

20 ns

A
B
S
Comprobar que tienen la
funcionalidad deseada

Crear un circuito que
funciona como el modelo
FPGAs

EDCD (Informática,3º)DCSE (Teleco, 4º)

SISTEMAS DIGITALES
Microprocesador

MUX

ALU

DECOD

Circuitos
Combinacionales

Puertas lógicas

REG

CONT

MEM

Circuitos
Secuenciales

Biestables

AUT

VHDL: HW + ALGORITMOS
• Con VHDL modelamos el HARDWARE
• Pero VHDL permite también programar ALGORITMOS (Software)

Ejemplo: Pruebas de funcionamiento
Pensamos
en SW
Algoritmos
depruebas

Mi diseño
hardware

Banco de pruebas

Pensamos
en HW

VHDL: orígenes e historia
• VHDL surge a principios de los '80 de un proyecto DARPA
(Departamento de Defensa de los EE.UU.) llamado VHSIC –
Very High Speed Integrated Circuits
• VHDL aparece como una manera de describir circuitos
integrados
– La crisis del ciclo de vida del HW: cada día los circuitos integrados
eran máscomplicados, y el coste de reponerlos cada vez era
mayor, porque no estaban correctamente documentados. VHDL
nació como una manera estándar de documentar los circuitos
– Al mismo tiempo, se vio que la expresividad de VHDL permitiría
reducir el tiempo de diseño de los circuitos, porque se podrían
crear directamente de su descripción: utilidad de la síntesis

• En 1987 el trabajo fue cedido alIEEE, y a partir de ese
momento es un estándar abierto.

VHDL: Evolución
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1980: El departamento de defensa
de los EEUU funda el proyecto para
crear un HDL estándar dentro del
programa VHSIC
1981: Woods Hole Workshop,
reunión inicial entre el Gobierno,
Universidades e Industria
1983: Se concedió a Intermetrics,
IBM y Texas Instruments el contrato
paradesarrollar VHDL
1985: Versión 7.2 de dominio
público.
1987: El IEEE lo ratifica como su
estándar 1076 (VHDL-87)
1993: El lenguaje VHDL fue
revisado y ampliado, pasando a ser
estándar 1076 ‘93 (VHDL-93)
2000: Última modificación de VHDL

Lenguaje de Descripción Hardware VHDL
Introducción

La entidad y la arquitectura

VHDL

Tipos de datos
Los procesos
Circuitos combinacionales
Circuitossecuenciales
Máquinas de estados
Triestados
Diseño jerárquico
Estilos de diseño
Verificación con testbenches

Entidad y Arquitectura: 1er nivel de abstracción
Abstracción: caja negra

Entidad y arquitectura
• Una unidad hardware se visualiza
como una “caja negra”
– El interfaz de la caja negra esta
completamente definida.
– El interior esta oculto.

•
Interfaz: entradas ysalidas

– La ENTITY describe la E/S del
diseño

•
rst
d[7:0]
clk

q[7:0]

En VHDL la caja negra se
denomina entidad
Para describir su funcionamiento
se asocia una implementación que
se denomina arquitectura
– La ARCHITECTURE describe el
contenido del diseño.

PORTS: Puertos de una entidad
Interfaz de dispositivo

Ports: entradas y salidas

rst
d[7:0]
clk

q[7:0]

Ports= canales de comunicación
Cada una de las posibles conexiones se
denomina un PORT y consta de:
• Un nombre, que debe ser único dentro
de la entidad.
• Una lista de propiedades, como:
– la dirección del flujo de datos,
entrada, salida, bidireccional y se
conoce como MODO del puerto.
– los valores que puede tomar el
puerto: '0’, '1' o (‘Z’), etc.,los
valores posibles dependen de lo...