برنامه نویسی سخت افزاری

[Rossin]

سلام دوستان

من این بحث رو شروع کردم تا باهم به آموزش های زبانهای برنامه نویسی سخت افزار مثل Verilog و VHDL بپردازیم و بتونیم کمی از مشکلات و سوالات رو حل کنیم.
این زبان ها برای دانشجوهای برق و الکترونیک و سخت افزار و نرم افزار مفیده و تقریبا زبان ناشناخته ای هست.

خوشحال میشم که باهم بحث کنیم و مطالب جدید تری و یاد بگیریم.

[Rossin]

بصورت ساده ما برای طراحی سیستم های دیجیتال از زبان توصیف سخت افزاری استفاده میکنیم.
زبان های توصیف سخت افزاری(Hardware Description Language) میتواند فعالیت عمده خود را روی وسایل منطقی قابل برنامه ریزی (Programming Logic Device:PLD) یا پیچیده تر و یا (Field Programmable Gate Arrays: FPGA) داشته باشد.
معروف ترین زبان های توصیف سخت افزاری شامل VERILOG و VHDL میباشد.
که VHDL مشهور تر و کاربردی تر است و بیشتر داانشجوبان برق و الکترونیک با اون سرو کار دارن ولی بنظر من Verilog شیرین تر و ساده تر از VHDL است.

حالا یه شرح مختصر از این دو زبان رو میگم بهتون :

VHDL

 
 ( Very high speed integrated circuit Hardware Description Language ) یا مجموعه دستورات زبان توصیف سخت افزار مدارهای مجتمع سرعت بالا


یک زبان استاندارد و بین الملی انواع مدار های دیجیتالی است که به کمک آن سیستم های دیجیتالی ساده یا پیچیده را طراحی کرد. VHDL توسط وزارت دفاع آمریکا جهت اهداف نظامی تولید شد ولی بسرعت گسترش یافت و با یک استاندارد خاص مورد استفاده عموم قرار گرفت و اولین نسخه آن در سال 1986(VHDL86) ارائه شد و نسخه بعدی در سال 1994(VHDL93) به بازار آمد که در حال حاضر مورد استفاده عموم قرار دارد.

VERILOG


 
یکی از زبان های توصیف سخت افزار است که به کمک آن میتوان 
یک سیستم دیجیتال مانند فلیپ فلاپ،حافظه و پردازنده را توصیف نمود. با استفاده از این زبان توصیف سخت افزاری می توان یک سیستم دیجیتالی ساده مانند یک فلیپ فلاپ و یا یک سیستم دیجیتالی پیشرفته نظیر یک میکروکنترلر را در هر سطحی توصیف نمود.







 









[Rossin]

verilog علاوه بر دارا بودن مشخصات یک HDL مزایایی هم داره.
یادگیری وریلوگ به دلیل تشابه زیادش به زبان C خیلی ساده تر از VHDL ست.

در وریلوگ میتوان طرح مدار را در یکی از سطوح زیر مدل سازی کرد:

1 ) مدل سازی در سطح سوئیچ Switch Level
2) مدل سازی در سطح گیت Gate Level
3) مدلسازی انتقال داده Dataflow
4) مدل سازی رفتاری Behavioral Modeling


سطح گیت:
در این سطح طراحی، سخت افزار مستقیماً توسط گیت های منطقی و اتصالات میان آنها توصیف می شود. در این سطح بصورت مستقیم با سیگنال 2 های ورودی، خروجی و داخلی سروکار داریم. طراحی در این سطح برای مدار های بزرگ و پیچیده کار بسیار مشکلی است و معمولا سخت افزار توسط سطوح بالاتر طراحی و توسط ابزار های سنتز 3 به سطح گیت تبدیل خواهد شد.



سطح انتقال داده :
در این سطح مدار دیجیتالی با استفاده از ثبات ها و عملیات های ثباتی و انتقال داده ها بین یکدیگر طراحی می شود. در این سطح جریانی از داده ها همواره و بصورت مداوم میان تعدادی از ثبات های سیستم برقرار بوده و عملا این جریان داده ها رفتار مدار را بصورت ساختاری توصیف می کند.

سطح رفتاری :
در این سطح سخت افزار برحسب بلوک های همزمان طراحی می شود. در این روش نیازی به توصیف جزئیات سخت افزاری طرح نمی باشد. هر بلوک به تنهایی بصورت ترتیبی بیان می شود بطوری که دستورات یکی پس
از دیگری اجرا می شوند و مجموعه این بلوک ها رفتار سخت افزار را توصیف می کند. توابع، تسک ها و ماجول ها از ابزار اصلی در این سطح طراحی می باشند.