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Lenguaje DHL

Introducción

Este tema tiene por objeto dar una introducción general a los Lenguajes de Descripción de Hardware. El objetivo es aportar una visión de conjunto acerca del significado de en qué consiste diseñar grandes sistemas electrónicos digitales utilizando HDL, y acerca de sus herramientas. Tras una breve introducción histórica se procede a analizar el salto cualitativo dediseñar en esquemáticos a diseñar en HDL. Posteriormente introduciremos el concepto de jerarquía de un diseño y de nivel de abstracción. Finalmente se describe el comportamiento de una herramienta de síntesis de circuitos mediante HDL.
Historia

La necesidad de construir circuitos digitales cada vez más complejos es patente día a día. Ya en el siglo XXI somos capaces de construir microprocesadores demuy altas prestaciones que están compuestos por millones de unidades funcionales (transistores) que realizan tareas de gran responsabilidad en la sociedad. Por ejemplo, un sistema de control de transacciones económicas de una bolsa de valores ha de ser un sistema informático extraordinariamente rápido y robusto, ya que un fallo en la transferencia de información acarrearía un sinfín de problemascon los inversores. Otro ejemplo, la electrónica de control de un avión supersónico tiene igualmente una responsabilidad extrema, tanto en aportar la información necesaria al piloto para determinar su rumbo como para asistirle en sus tareas de pilotaje y combate.
En la práctica, el 100% de la electrónica de control y supervisión de los sistemas, elaboración de datos y transferencia de los mismos serealiza mediante circuitos integrados digitales, constituidos por una gran cantidad de transistores: son los llamados circuitos integrados de muy alta escala de integración, o VLSI.
Si en los años cincuenta y sesenta, en los albores de la electrónica integrada los circuitos eran esencialmente analógicos, en los que el número de elementos constituyentes de los circuitos no pasaba de la centena, enla actualidad el hombre dispone de tecnologías de integración capaces de producir circuitos integrados con millones de transistores a un coste no muy elevado, al alcance de una PYME. A mediados de los años sesenta Gordon E. Moore ya vaticinaba un desarrollo de la tecnología planar en el que cada año la escala de integración se doblaría, y de la misma manera aumentaría la capacidad de integrarfunciones más complejas y la velocidad de procesamiento de esas funciones. Las predicciones de Moore se han cumplido con gran exactitud durante los siguientes 30 años, y que la tendencia continuará durante los próximos 20. En el año 2012 Intel espera integrar 1000 millones de transistores funcionando a 10GHz.
Si bien construir estos circuitos parece una cuestión superada, diseñarlos supone un serioproblema. Los primeros circuitos integrados eran diseñados a partir del trazado directo de las máscaras sobre un editor de layout, y prácticamente no eran comprobados antes de fabricarse. Se confiaba en la pericia del diseñador a la hora de elaborar los dibujos. Con la aparición de los primeros ordenadores de entonces gran potencia, llamados estaciones de trabajo (concepto que hoy en día no difieresustancialmente del de ordenador personal) se incorporaron complejos programas de resolución de ecuaciones diferenciales que permitían, alimentados con un modelo matemático del circuito, verificar su funcionalidad antes de la fabricación. Este esquema funcionaba con circuitos digitales, y aún funciona, con circuitos analógicos, con escaso número de elementos muy bien dimensionados para determinarfielmente su comportamiento. La microelectrónica digital continúa por otro camino su desarrollo con herramientas específicas, como son los simuladores digitales o los generadores automáticos de layout, que resuelven el problema de la construcción del circuito y la verificación del mismo. Nace así la ingeniería de computación o CAE en las que se delegan en herramientas software las tareas de...