زبان توصیف سخت افزار (معرفی زبان ها، نمونه کدها و ...)

زبان توصیف سخت افزار به منظور بررسی و توصیف رفتار و ساختار مدارهای دیجیتال استفاده می شود. این نوع زبان، در گروه و خانواده زبان برنامه نویسی است؛ با این تفاوت که هدف از آن توصیف سخت افزار به صورت حرفه ای است. دو نمونه از پرکاربردترین این زبان می توان به VHDL و Verilog اشاره کرد. با توجه به فعالیتی که به عنوان موسسه انجام پروژه های دانشجویی داریم، متوجه شدیم بسیاری از افراد اطلاعات درستی در مورد زبان های توصیف سخت افزار ندارند. به همین دلیل تصمیم گرفتیم محتوایی را به این موضوع اختصاص دهیم. در این مقاله به موارد زیر می‌پردازیم:

آشنایی با زبان‌های سخت‌افزاری
زبان توصیف سخت افزار چه می کند؟
نمونه کدهای زبان توصیف سخت افزار
زبان های vhdl و verilog
زبان توصیف سخت افزار چه تفاوتی با زبان برنامه نویسی دارد؟

آشنایی با زبان‌های سخت‌افزاری

زبان توصیف سخت افزار (HDL) یک زبان برنامه نویسی است که برای توصیف رفتار یا ساختار مدارهای دیجیتال (IC) استفاده می شود. زبان های سخت افزاری برای تحریک مدار و بررسی پاسخ آن استفاده می شوند.

بنابراین، زبان های سخت افزاری به خانواده ای از زبان برنامه نویسی گفته می شود که برای مدلسازی عملکرد بخشی از سخت افزار استفاده می شوند. این زبان، مانند زبان برنامه نویسی کامپیوتر c و c++ است؛ با این تفاوت که هدف اصلی این زبان، توصیف سخت افزار است؛ اما زبان های برنامه نویسی کامپیوتر برای اجرای یک نرم افزار مهم هستند.

کدام زبان توصیف سخت افزار است؟

این زبان برنامه نویسی دارای تنوع زیادی است؛ اما VHDL و Verilog محبوب ترین ها هستند. اکثر ابزارهای CAD موجود در بازار از این زبان ها پشتیبانی می کنند. VHDL مخفف «زبان توصیف سخت‌افزار مدار مجتمع با سرعت بسیار بالا» است. هر دو VHDL و Verilog استانداردهای رسمی IEEE هستند. سایر زبان های توصیف سخت افزار شامل:

JHDL (Java HDL)
Cypress Semiconductor Corporation Active-HDL.

Verilog

Verilog مخفف Verification Logic است. برای مدل‌سازی و تحریک مدارهای دیجیتال مدارهای مجتمع ویژه برنامه (ASIC) و آرایه های دروازه میدانی (FPGA) استفاده می شود.

ترکیب:

Modul Modulname(Eingaben,Ausgabe)
//Anweisungen
Endmodul

خدمات پیشنهادی مرتبط: انجام پروژه وریلاگ

VHDL

VHDL مخفف Very High-speed Integrated Circuit Hardware Description Language است. این زبان برای طراحی مدارهای دیجیتال استفاده می شود و می توان برای طراحی ریزپردازنده ها و پردازنده های سیگنال دیجیتال از آن استفاده نمود.

ترکیب:

library ieee
use ieee.std_logic_1164.all
entity Circuit_name is
Port ( a : in STD_LOGIC
b : in STD_LOGIC
out1 : out STD_LOGIC)
end Circuit_1
—————————————————–
architecture Behavioral of Circuit_name is
begin
// statements

end Behavioral

صفحه پیشنهادی: انجام پروژه VHDL

زبان توصیف سخت افزار چه می کند؟

زبان های توصیف سخت افزار به طور گسترده و در ارتباط با FPGA ها استفاده می شوند. FPGA ها در واقع دستگاه های دیجیتالی هستند که به صورت خاص برای تسهیل ایجاد مدارهای دیجیتال سفارشی طراحی می شوند. این زبان به شما این امکان را می دهد تا یک مدار را با استفاده از کلمات و نمادهای مختلف توصیف کنید. نرم افزار نیز می تواند این توضیحات متنی را به داده های پیکربندی تبدیل کند تا عملکرد مورد نظر را به بهترین شکل پیاده سازی کند.

برخی خدمات مرتبط:

افرادی که به زبان های توصیف سخت افزار نیاز دارند، معمولا دانشجویان کامپیوتر و برق هستند. در زیر به برخی از خدمات کارت پروژه در این حوزه ها را آورده‌ایم:

انجام پروژه برق | انجام پروژه الکترونیک | انجام پروژه کامپیوتر | انجام پروژه معماری کامپیوتر

نمونه کد زبان توصیف سخت افزار

برای درک بهتر زبان توصیف سخت افزار، در ادامه یک نمونه کد از این زبان را به شما معرفی می کنیم.

1 entity Circuit_1 is
2 Port ( a : in STD_LOGIC
3 b : in STD_LOGIC
4 out1 : out STD_LOGIC)
5 end Circuit_1
—————————————————–
6 architecture Behavioral of Circuit_1 is
8 begin
9 out1 <= ( a and b )
10 end Behavioral

هدف زبان های توصیف سخت افزار

زبان های توصیف سخت افزار امکان تنظیم رفتار، انتقال ثبت، گیت و سوئیچ را فراهم می کنند و به طراحان اجازه می دهد تا سطوح مختلف را با جزئیات تعریف کنند. منطق سطح رفتاری اجازه می دهد تا مجموعه ای از دستورالعمل ها به صورت متوالی اجرا شوند. مشابه رابطه HTML و CSS با توسعه وب، Verilog/VHDL رابطه مشابهی با FPGA ها و سایر دستگاه های منطقی قابل تنظیم دارد. این زبان ها را می توان برای طراحی و توصیف طرح سیستم های دیجیتال از واحدهای حافظه فلیپ فلاپ ساده تا پروتکل های ارتباطی پیچیده استفاده کرد. از جمله کاربرد و اهداف این زبان شامل:

طراحی مدار: این زبان، راهی را برای طراحی مدارهای دیجیتالی که مشخصات مورد نیاز را برآورده می کنند، ارائه می دهد.
شبیه سازی: این نرم افزار به طراح کمک می کند مدار دیجیتال را قبل از ساخته شدن آزمایش و تایید کند.
تایید: این نرم افزار به طراحان اجازه می دهد تا عملکرد مدار دیجیتال را با آزمایش آن در برابر ورودی های مختلف و اطمینان از صحیح بودن عملکرد مدار و مطابقت با عملکرد مورد نظر تایید کنند.
بهینه سازی: این زبان راهی برای بهینه سازی طراحی مدارهای دیجیتال برای عملکرد ارائه می دهد.
سنتز: این زبان ها را می توان برای سنتز مدارهای دیجیتال استفاده کرد. سنتز فرآیند تولید خودکار مدارها از جمله کدهای این زبان هستند.
تجزیه و تحلیل زمان بندی: این زبان به طراحان امکان می دهد تا رفتار زمان بندی مدارهای دیجیتال را تجزیه و تحلیل کنند و اطمینان حاصل کنند که مدارها الزامات زمان بندی را برآورده می کنند.
قابلیت استفاده مجدد در طراحی: کدهای زبان توصیف سخت افزار راهی برای طراحی اجزای قابل استفاده مجدد ارائه می دهند که می توانند برای طراحی مدارهای متعدد مورد استفاده قرار گیرند و زمان و تلاش را کاهش دهند که کیفیت کلی طراحی را بهبود می بخشد.

سایر خدمات نرم افزاری مرتبط:

زبان توصیف سخت افزار چه تفاوتی با زبان برنامه نویسی دارد؟

بسیاری از مردم از قبل با زبان های برنامه نویسی آشنا هستند، زبان توصیف سخت افزار شبیه زبان های برنامه نویسی سطح بالا مانند C یا Python است؛ اما یک تفاوت اساسی میان این دو زبان وجود دارد. در زبان توصیف سخت افزار، کدهای عملیات به صورت موازی هستند. در حالی که زبان های برنامه نویسی، عملکرد متوالی از خود نشان می دهند.

هنگامی که ما یک برنامه کامپیوتری یا ماژول نرم افزاری می نویسیم، متوجه می‌شویم که پردازنده خطوط کد را یکی یکی اجرا می‌کند، طبق سازماندهی بالا به پایین که هنگام خواندن متن در صفحه از آن استفاده می‌کنیم؛ اما در کدهای زبان توصیف سخت افزار، ما سخت‌افزار دیجیتال را توصیف می‌کنیم و بخش های جداگانه این کد می توانند به طور همزمان کار کنند.

سخن پایانی

زبان توصیف سخت افزار شبیه زبان های برنامه نویسی سطح بالاست؛ اما کدهای عملیات خود را به صورت موازی اجرا می کند. این نرم افزار نقش مهمی را در شبیه سازی، بهینه سازی، طراحی مدار و … ایفا می کند. برای توصیف مدار می توان از دو زبان HDL به نام های VHDL و Verilog استفاده کرد.