Vhdl

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ

Grupo de Microeletrônica

TUTORIAL VHDL

TUTORIAL VHDL

I

INTRODUÇÃO
Não é possível projetar sistemas digitais sem entender alguns blocos básicos, tais

como portas lógicas e flip-flops. A maioria dos circuitos digitais baseados em portas lógicas e flip-flops é normalmente projetada a partir de equações Booleanas. Várias técnicas foram desenvolvidaspara otimizar este procedimento, incluindo a minimização de equações para um uso mais racional de portas lógicas e flip-flops. Pela técnica Booleana deve-se obter uma expressão para cada entrada dos flip-flops e dos blocos lógicos. Isto torna esta técnica impraticável para projetos maiores, que contenham muitos componentes devido ao grande número de equações. Teoricamente qualquer sistema podeser representado por equações Booleanas, apesar de proibitivo para grandes circuitos. A Figura 1 ilustra a composição de um circuito pela técnica Booleana. Os projetos desenvolvidos por esquemático ampliaram as capacidades da técnica Booleana por permitir o uso de portas lógicas, flip-flops e sub-circuitos. Estes sub-circuitos por sua vez podem ser compostos por portas lógicas e outrossub-circuitos, e assim sucessivamente podendo formar vários níveis hierárquicos. Muitos projetistas preferem esta técnica, pois ela é visualmente mais atrativa e se tem uma visão mais clara do relacionamento entre os vários blocos. Nestas técnicas o sistema é normalmente especificado como uma interconexão de elementos, e não na forma de comportamento do sistema. Infelizmente, o projetista recebe asespecificações de um sistema na forma de comportamento desejado, isto é, o que o sistema deve fazer sob certas condições. Adicionalmente, mesmo utilizando-se esquemáticos, o projeto começa a ficar proibitivo para circuitos com muitas portas lógicas. A maior dificuldade nos métodos tradicionais de projeto é a conversão manual da descrição do projeto em um conjunto de equações Booleanas. Esta dificuldade éeliminada com o uso de linguagens de descrição de hardware – HDL (Hardware Description Languages). Pode-se, por exemplo, a partir de uma tabela verdade, ou da descrição de uma máquina de estado, implementar um circuito usando-se HDL. Dentre as várias HDLs, as mais populares são VHDL, Verilog e Abel.

Tutorial VHDL - 1

Figura 1 - Composição de um Circuito pela Técnica Booleana. A letra V dapalavra VHDL significa Very High Speed Integrated Circuit (Circuito Integrado de Alta Velocidade) e as demais letras, HDL significam Hardware Description Language. Esse nome complicado foi criado pelo departamento de defesa dos Estados Unidos, que foi a primeira instituição a reconhecer as suas vantagens. O VHDL foi criado visando simulação, modelagem e documentação, mas acabou recebendo mais tarde apossibilidade de síntese, com o objetivo de se automatizar o projeto de circuitos. O VHDL ganhou popularidade fora do ambiente militar, graças ao IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineering) que estabeleceu padrões para tornar a linguagem universal. Com as ferramentas atuais, pode-se especificar um circuito a partir de seu comportamento ou de sua estrutura, em vários níveis.

IIESTRUTURA
Todo sistema necessita de uma interface com o mundo externo. Em VHDL esta

interface é a entity, e é fundamental para todo e qualquer sistema. Tutorial VHDL - 2

Para se atingir a funcionalidade desejada, os dados devem sofrer transformações dentro do sistema. Esta parte interna do sistema responsável pelas transformações dos dados é chamada de corpo ou architecture. Qualquer queseja o sistema, independente de sua complexidade, necessita de uma interface (entity) e de um corpo (architecture). Algumas vezes, alguns sistemas necessitam de funcionalidades adicionais, que são conhecidas como package. II.1 Entity A entity é a parte principal de qualquer projeto, pois descreve a interface do sistema. Tudo que é descrito na entity fica automaticamente visível a outras unidades...
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