VHDL語(yǔ)言在EDA仿真中的應用

隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展，數字系統的設計正朝高速度、大容量、小體積的方向發(fā)展，傳統的自 底而上的設計方法已難以適應形勢。EDA(Electronic Design Automation)技術(shù) 的應運而生，使傳統的電子系統設計發(fā)生了根本的變革。EDA技術(shù)就是依賴(lài)功能強大的計算機，在EDA工具軟件平臺上，對以硬件描述語(yǔ)言VHDL(Very High Speed Integrated Circui t Hardware Description Language)為系統邏輯描述手段自頂而下地逐層完成相應的描述 、綜合、優(yōu)化、仿真與驗證，直至生成器件。VHDL語(yǔ)言是目前應用于數字系統仿真最為實(shí) 用的語(yǔ)言之一。

　　1VHDL特點(diǎn)

　　VHDL語(yǔ)言最早由美國國防部提出。用VHDL語(yǔ)言進(jìn)行數字邏輯電路和數字系統的設計，是電子電路設計方法上的一次革命性變革。與傳統設計方法相比，VHDL描述電路行為的算法有很多優(yōu)點(diǎn)：

　　(1) 設計層次較高、用于較復雜的計算時(shí)，能盡早發(fā)現存在的問(wèn)題，縮短設計周期。

　　(2) 獨立實(shí)現，修改方便，系統硬件描述能力強。

　　(3) 可讀性好，有利于交流，適合于文檔保存。

　　(4) VHDL語(yǔ)言標準、規范、移植性強。

　　(5) VHDL類(lèi)型眾多而且支持用戶(hù)自定義類(lèi)型，支持自頂而下的設計方法和多種電路的設計。

　　2 數字系統的設計流程

　　VHDL按要求對系統進(jìn)行描述，然后綜合、仿真、適配，當確認設計符合要求時(shí)，再將設計映 射至實(shí)際的邏輯器件中，設計流程如圖1所示。

　　VHDL語(yǔ)言已日益成為一種通用的硬件設計交換媒介，計算機輔助工程軟件的供應商已把VHDL作為其CAD或EDA軟件輸入與輸出的標準。其中ALTERA公司提供了一套十分有特色的綜合工具M(jìn)AX+PLUSⅡ，他提供了全面的邏輯設計能力，從編輯、綜合、布線(xiàn)到仿真、下載一氣呵成，十分方便。

　3 設計實(shí)例及仿真結果

　　3.1 設計實(shí)例

　　以交通信號燈主控制電路的設計為例，應用MAX+PLUSⅡ軟件平臺，來(lái)說(shuō)明VHDL語(yǔ)言在EDA仿真中的應用。設有一個(gè)主干道與支干道的交叉路口，每邊都設有紅、黃、綠信號燈，設計一 個(gè)控制器優(yōu)先保證主干道的暢通。該設計實(shí)例的基本功能描述為：

　　(1)平時(shí)處于“主干道綠燈，支道紅燈”狀態(tài)，只有在支道有車(chē)輛要穿行主干道時(shí)，才將交通燈切向“主干道紅燈，支道綠燈”。

　　(2)一旦支道無(wú)車(chē)輛通過(guò)路口，交通燈又回到“主干道綠燈，支道紅燈”的狀態(tài)。

　　(3)主干道和支干道每次通行的時(shí)間不得短于30 s，在兩個(gè)狀態(tài)交換過(guò)程出現 “主黃，支紅”和“主紅，支黃”狀態(tài)，持續時(shí)間都是4 s。該功能描述的狀態(tài)圖如圖2所示。

　　因為主干道和支干道各有3種燈(紅、黃、綠)，他們在正常工作時(shí)，發(fā)亮的燈只有4種可能：

　　(1)主綠燈和支紅燈亮——主干道通行。

　　(2)主黃燈和支紅燈亮——主干道停車(chē)。

　　(3)主紅燈和支綠燈亮——支干道通行。

　　(4)主紅燈和支黃燈亮——支干道停車(chē)。

　　根據交通燈信號控制的要求，可把他分解為定時(shí)器和控制器兩部分。CLK：時(shí)鐘脈沖;SM ：主干道來(lái)車(chē)信號;SB：支干道來(lái)車(chē)信號;MR：主干道紅燈;MY：主干道黃燈;MG：主干道 綠燈;BR：支干道紅燈;BY：支干道黃燈;BG：支干道綠燈。主控制電路設計程序如下：

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