L'éditeur de Downcodes vous fera comprendre tous les aspects du langage de programmation FPGA ! Les FPGA (Field Programmable Gate Arrays) sont du matériel reconfigurable et le choix du langage de programmation est critique. Cet article examinera en profondeur les langages VHDL et Verilog couramment utilisés dans la programmation FPGA et présentera la synthèse de haut niveau (HLS) et d'autres langages au niveau système tels que SystemVerilog, SystemC et Chisel. Nous analyserons les caractéristiques de ces langages, comparerons leurs avantages et inconvénients et vous aiderons à choisir le meilleur langage de programmation pour votre projet. De plus, l'article contient également des réponses aux questions fréquemment posées, dans l'espoir de répondre à vos doutes rencontrés dans le processus de programmation FPGA.
Les langages de programmation couramment utilisés par les FPGA (Field-Programmable Gate Array) sont le VHDL (VHSIC Hardware Description Language) et Verilog. Les deux langages sont largement utilisés dans la conception de puces et permettent aux concepteurs de décrire les fonctionnalités et la logique du matériel de manière très abstraite sans avoir à prendre en compte la disposition du matériel physique. VHDL est né d'un projet du Département américain de la Défense au début des années 1980, tandis que Verilog a été développé par Gateway Automation (acquis plus tard par Cadence) à peu près à la même époque. Ce sont des langages de description de matériel (HDL), et non des langages de programmation traditionnels, et ils sont conçus pour décrire la logique numérique plutôt que pour développer des logiciels d'application.
Basés sur VHDL et Verilog, des langages de description de haut niveau (High-Level Synthesis, HLS) sont également apparus, comme SystemVerilog (Verilog amélioré), SystemC et Chisel, qui ont récemment attiré l'attention. HLS permet aux développeurs de décrire le matériel d'une manière plus proche de la conception logicielle traditionnelle, ce qui rend les conceptions logiques plus faciles à comprendre et à mettre en œuvre.
VHDL est un langage fortement typé qui présente les caractéristiques de modularité et de parallélisme, ce qui le rend particulièrement utile dans la conception de matériel complexe. Le VHDL n'est pas seulement utilisé pour la programmation des FPGA, mais également pour la conception des ASIC (Application-Specific Integrated Circuit). VHDL suit des règles de syntaxe strictes et représente le comportement et la structure du matériel.
Dans la conception VHDL, les éléments les plus couramment utilisés incluent l’entité, l’architecture et le processus. L'entité est l'interface qui communique avec le monde extérieur, l'architecture décrit le comportement interne et la logique de l'entité et le processus est utilisé pour décrire la relation entre les signaux.
La syntaxe de Verilog est plus similaire à celle du C qu'à celle du VHDL, il peut donc être plus facile pour ceux qui ont une expérience en développement logiciel de démarrer. Verilog est conçu pour être concis et facile à apprendre. Il prend en charge la conception modulaire, ce qui signifie que les blocs de code peuvent être réutilisés, accélérant ainsi le processus de conception.
Les éléments de base de Verilog comprennent des modules, des bus (Wire) et des registres (Reg). Les modules sont comme des entités en VHDL et constituent les unités de base du code. Les bus et les registres sont les supports de base pour transférer les signaux au sein du module.
SystemVerilog et SystemC sont tous deux des langages de description au niveau du système conçus pour simplifier le processus complexe de conception matérielle. Ils prennent en charge la programmation orientée objet, les structures de contrôle de concurrence et la conception de nombreux niveaux d'abstraction. Chisel : autre langage de programmation émergent, il est basé sur le langage de programmation Scala et vise à simplifier la conception, la vérification et la réutilisation du matériel.
Les outils de synthèse de haut niveau (HLS) peuvent convertir directement des algorithmes écrits en C/C++ ou dans d'autres langages de haut niveau en codes HDL. Cette méthode peut réduire considérablement le cycle de développement et améliorer la lisibilité de la conception. prototypage rapide et vérification.
Lors du choix d'un langage de programmation FPGA, plusieurs facteurs clés doivent être pris en compte : la complexité de la conception, la familiarité de l'équipe de projet, l'efficacité de conception requise et la maintenabilité. Bien que VHDL et Verilog soient des standards de l'industrie, l'émergence de langages et d'outils de haut niveau offre aux concepteurs plus de flexibilité.
Lors de la conception d'un FPGA, les facteurs qui doivent généralement être pris en compte incluent la sécurité de la conception, les exigences de performances, la consommation de ressources, les exigences de débogage et de vérification, etc. De plus, la familiarité de l'équipe et le calendrier du projet doivent être pris en considération lors du choix d'une langue, car différentes équipes de conception peuvent préférer une langue spécifique en fonction de leur parcours et de leur expérience.
1. Quels sont les langages de programmation couramment utilisés pour les FPGA ?
Les langages de programmation couramment utilisés pour les FPGA incluent Verilog et VHDL. Verilog est un langage de description de matériel utilisé pour décrire les systèmes numériques et convient à la modélisation et à la simulation de matériel. VHDL est un autre langage de description de matériel qui peut également être utilisé pour la conception et la vérification de FPGA. Les deux langages disposent de puissantes capacités de description matérielle et sont largement utilisés dans le domaine des FPGA.
2. En plus de Verilog et du VHDL, d'autres langages de programmation peuvent-ils être utilisés pour le FPGA ?
En plus de Verilog et du VHDL, les FPGA peuvent également utiliser certains langages de programmation de haut niveau tels que C et C++. Ces langages de haut niveau peuvent être convertis en langages de description matérielle de bas niveau adaptés aux FPGA via des compilateurs ou des chaînes d'outils spécifiques, et réaliser le contrôle de programmation du FPGA. L'utilisation de langages de haut niveau peut simplifier le processus de programmation FPGA et améliorer l'efficacité du développement.
3. Dois-je apprendre un langage de programmation spécifique pour utiliser un FPGA ?
L'apprentissage de langages de programmation spécifiques est très utile pour travailler avec des FPGA, notamment Verilog et VHDL. Ces langages sont des langages standards dans le domaine des FPGA, et les maîtriser permet de mieux comprendre et concevoir des circuits numériques. Cependant, si vous êtes déjà familier avec d'autres langages de programmation, tels que C ou C++, vous pouvez également convertir le langage de haut niveau en un langage de description matérielle acceptable pour le FPGA via la chaîne d'outils correspondante. Par conséquent, l’apprentissage d’un langage de programmation spécifique est bénéfique mais pas absolument nécessaire pour utiliser les FPGA.
J'espère que cet article de l'éditeur de Downcodes pourra vous aider à mieux comprendre la sélection et l'utilisation des langages de programmation FPGA. N'oubliez pas qu'il est essentiel de choisir la langue qui correspond le mieux aux besoins de votre projet !