VHDL (Very High Speed Integrated Circuits)
Персональні інструменти
| concurrent, reactive |
| 1980s |
| strong |
| IEEE VASG |
| Ada, Pascal |
VHDL(VHSIC, англ.Very High Speed Integrated Circuits – Hardware Description Language) розроблявся як мова опису апаратури для високошвидкісних інтегральних схем. Початкове призначення мови полягало у забезпеченні обміну проектами між різними співвиконавцями робіт із створення надшвидкісних інтегральних схем. Однак пізніше з урахуванням пропозицій та рекомендацій відомих фахівців у галузі ЗС мова була вдосконалена та стандартизована Інститутом інженерів з електротехніки та радіоелектроніки (IEEE), в результаті чого в 1987 році було затверджено стандарт IEEE Standard 1076 VHDL.
Мова VHDL забезпечує високорівневу абстракцію опису апаратних засобів завдяки наявності як безлічі визначених типів даних, так і можливості створювати ієрархічно організовані користувальницькі типи даних на основі базових, закладених у мові.
VHDL є формальним записом, призначеним для опису функції та логічної організації цифрової системи. Функція системи визначається як перетворення значень на входах значення на виходах. Причому час у цьому перетворенні задається явно. Організація системи задається переліком пов'язаних компонентів. Мова призначена для моделювання переважно на вентильному рівні, рівні регістрових передач і корпусів мікросхем, вона успішно використовується і при синтезі пристроїв. VHDL - не єдина мова проектуваннярадіоелектронної апаратури (HDL – Hardware Design Language). Так, для проектування інтегральних схем широко застосовується Verilog, знаходять застосування мови Cupl, Palasm, Ample та ін, але для наскрізного проектування на всіх необхідних для НВІС рівнях (вище за схемотехнічний) призначені тільки VHDL і Verilog. Переваги VHDL у порівнянні з Verilog такі:
- Промисловий стандарт IEEE
- Не залежить від конкретної технології чи виробника
- Код може використовуватися багаторазово [1]
Зміст
Лексичні елементи
VHDL підтримує три різні стилі для опису апаратних архітектур. Перший з них -структурний опис" (structural description), в якому архітектура представляється у вигляді ієрархії пов'язаних компонентів. з яких управляється вентильними сигналами. Третій –поведінковий опис" (behavioral description), в якому перетворення описується послідовними програмними пропозиціями, які схожі на наявні в будь-якій сучасній мові програмування високого рівня.
Основними поняттями у мові VHDL є.
Розглянемо приклад програми, яка виконує шифрування даних алгоритмом RC5. Програмний комплекс, що реалізує відповідно шифрування, складається з 2 частин – програмної та апаратної. Програмна реалізація виконана мовою C#, апаратна – мовою VHDL.
Основною функцією частини програмного комплексу «RC5 C#» є шифрування вхідних даних алгоритмом RC5 32/12/5 засобами ПЕОМ, відправлення даних на шифрування на програмовану інтегральну мікросхему(ПЛІС) та прийом результату її роботи.
Основною функцією частини програмного комплексу «RC5 VHDL» є шифрування вхідних даних алгоритмом RC5 32/12/5 засобами ПЛІС, прийом вхідних даних з боку ПЕОМ та надсилання результату на ПЕОМ.
Текст програми “RC5 VHDL” реалізовано у вигляді символічного запису вихідною мовою. Вихідною мовою цієї розробки є VHDL. Середовище розробки – компілятор Quartus II (нелокалізована англійська версія).
Опис виробу
Виріб є крихким приладом. Воно складається з програмованої логічної інтегральної мікросхеми Cyclone II EP2C20F484C7 (далі ПЛІС), кабелю USB-COM та програмного забезпечення. Дані, що шифруються, і ключ шифрування передаються з ПЕОМ за допомогою кабелю Gembird, далі обробляються на ПЛІС і відправляються назад на ПЕОМ аналогічним шляхом.
Підготовка до експлуатації
Слід акуратно, притримуючи плату рукою, підключити кабель живлення (USB-blaster, постачається в комплекті) до слота USB 2.0 ПЕОМ та USB Blaster Port виходу плати (див. рис. 2). Далі необхідно натиснути кнопку увімкненняPower ON/OFFSwitch(див. рис. 2). Характерною ознакою того, що плата включилася коректно, є миготіння діодів та семисегментних індикаторів. Якщо цього не сталося, слід спробувати перезавантажити плату і, у разі повторного виникнення несправності, звернутися до технічних фахівців.
Щоб змінити прошивку плати на необхідну з боку ПЕОМ необхідно програмне забезпечення Quartus II, що вільно розповсюджується, і програмне забезпечення «RC5 VHDL», розроблене в рамках даного програмно-апаратного комплексу. Відкривши "RC5 VHDL" в Quartus II штатними засобами ПЕОМ, слід зробити такі дії:
- Зайти до меню «Tools»;
- Вибрати пункт меню "Programmer";
- У діалоговому вікні, що з'явилося, натиснути кнопку «Hardware Setup»;
- У діалоговому вікні, що з'явилося, вибрати пункт «USB Blaster»;
- Натиснути кнопку "Close";
- Натиснути кнопку "Start".
Для використання виробу необхідно підключити USB-COM перехідник до ПЕОМ та плати відповідно. На платі слід скористатися слотом RS-232 Serial Port (див. мал. 2). На ПЕОМ – будь-який з доступних USB-портів. Взаємодія плати з ЕОМ здійснюється з допомогою послідовного порту. Програма здійснює відкриття та налаштування COM-порту. Також вона забезпечує пересилання та прийом повідомлень засобами COM-порту.
Виконання програми
Програма здійснює шифрування блоків даних по 8 байт п'ятибайтовим ключем 12-раундової модифікації алгоритму RC5. Шифрування здійснюється програмним способом. Для шифрування даних програмними засобами оператору необхідно натиснути кнопку «Зашифрувати» (див. рис. 3). Далі всі дії будуть виконані автоматично. Попередньо необхідно заповнити поля введення тексту "Ключ" та "Відкритий текст" відповідними значеннями в шістнадцятковому коді (по 2 символи на байт). Правила заповнення цих полів занесені до підказок. Приклад підказки див. на рис. 4. У разі помилкового введення на екран буде виведено повідомлення про відповідну помилку.