Редактор Downcodes поможет вам понять все аспекты языка программирования FPGA! FPGA (программируемые пользователем вентильные матрицы) представляют собой реконфигурируемое оборудование, поэтому выбор языка программирования имеет решающее значение. В этой статье будут подробно рассмотрены языки VHDL и Verilog, обычно используемые в программировании FPGA, а также представлены высокоуровневый синтез (HLS) и другие языки системного уровня, такие как SystemVerilog, SystemC и Chisel. Мы проанализируем характеристики этих языков, сравним их преимущества и недостатки и поможем вам выбрать лучший язык программирования для вашего проекта. Кроме того, статья также содержит ответы на часто задаваемые вопросы, в надежде ответить на ваши сомнения, возникающие в процессе программирования FPGA.
Языками программирования, обычно используемыми FPGA (программируемой пользователем вентильной матрицей), являются VHDL (язык описания оборудования VHSIC) и Verilog. Оба языка широко используются при проектировании микросхем и позволяют разработчикам очень абстрактно описывать функциональность и логику оборудования, не принимая во внимание компоновку физического оборудования. VHDL зародился как проект Министерства обороны США в начале 1980-х годов, а Verilog был разработан компанией Gateway Automation (позже приобретенной Cadence) примерно в то же время. Это языки описания аппаратного обеспечения (HDL), а не традиционные языки программирования, и они предназначены для описания цифровой логики, а не для разработки прикладного программного обеспечения.
На базе VHDL и Verilog появились также языки описания высокого уровня (High-Level Synthesis, HLS), такие как SystemVerilog (расширенный Verilog), SystemC и Chisel, привлекший в последнее время внимание. HLS позволяет разработчикам описывать аппаратное обеспечение способом, более близким к традиционному проектированию программного обеспечения, что упрощает понимание и реализацию логических проектов.
VHDL — это строго типизированный язык, обладающий характеристиками модульности и параллелизма, что делает его особенно полезным при проектировании сложного оборудования. VHDL используется не только для программирования FPGA, но и для проектирования ASIC (интегральных схем для конкретных приложений). VHDL следует строгим правилам синтаксиса и отражает поведение и структуру оборудования.
В проектировании VHDL наиболее часто используемые элементы включают в себя сущность, архитектуру и процесс. Сущность — это интерфейс, который взаимодействует с внешним миром, архитектура описывает внутреннее поведение и логику сущности, а процесс используется для описания взаимосвязи между сигналами.
Синтаксис Verilog больше похож на C, чем на VHDL, поэтому тем, у кого есть опыт разработки программного обеспечения, может быть проще начать работу. Verilog спроектирован так, чтобы быть кратким и простым в освоении. Он поддерживает модульную конструкцию, что означает, что блоки кода можно использовать повторно, что ускоряет процесс проектирования.
К основным элементам Verilog относятся модули, шины (Wire) и регистры (Reg). Модули подобны объектам в VHDL и являются основными единицами кода. Шины и регистры являются основными средствами передачи сигналов внутри модуля.
SystemVerilog и SystemC — это языки описания системного уровня, предназначенные для упрощения сложного процесса проектирования аппаратного обеспечения. Они поддерживают объектно-ориентированное программирование, структуры управления параллелизмом и разработку многих уровней абстракции. Chisel — еще один новый язык программирования. Он основан на языке программирования Scala и призван упростить проектирование, проверку и повторное использование аппаратного обеспечения.
Инструменты высокоуровневого синтеза (HLS) могут напрямую преобразовывать алгоритмы, написанные на C/C++ или других языках высокого уровня, в HDL-коды. Этот метод позволяет значительно сократить цикл разработки и улучшить читаемость проекта. Подходит для начального уровня. быстрое прототипирование и проверка.
При выборе языка программирования FPGA следует учитывать несколько ключевых факторов: сложность конструкции, знание проектной команды, требуемая эффективность проектирования и удобство сопровождения. Хотя VHDL и Verilog являются отраслевыми стандартами, появление языков и инструментов высокого уровня предоставляет дизайнерам большую гибкость.
При проектировании FPGA обычно необходимо учитывать такие факторы, как безопасность проектирования, требования к производительности, потребление ресурсов, требования к отладке и проверке и т. д. Кроме того, при выборе языка следует учитывать знание команды и сроки проекта, поскольку разные команды разработчиков могут предпочитать конкретный язык в зависимости от своего образования и опыта.
1. Какие обычно используемые языки программирования для ПЛИС?
Обычно используемые языки программирования для FPGA включают Verilog и VHDL. Verilog — это язык описания аппаратного обеспечения, используемый для описания цифровых систем и подходящий для моделирования и моделирования аппаратного обеспечения. VHDL — это еще один язык описания аппаратного обеспечения, который также можно использовать для проектирования и проверки FPGA. Оба языка обладают мощными возможностями описания аппаратного обеспечения и широко используются в области FPGA.
2. Можно ли использовать для FPGA кроме Verilog и VHDL другие языки программирования?
Помимо Verilog и VHDL, FPGA также могут использовать некоторые языки программирования высокого уровня, такие как C и C++. Эти языки высокого уровня могут быть преобразованы в языки описания аппаратного обеспечения низкого уровня, подходящие для FPGA, с помощью специальных компиляторов или цепочек инструментов и реализовать программный контроль FPGA. Использование языков высокого уровня позволяет упростить процесс программирования FPGA и повысить эффективность разработки.
3. Нужно ли мне изучать конкретный язык программирования для использования FPGA?
Изучение конкретных языков программирования очень полезно для работы с ПЛИС, особенно с Verilog и VHDL. Эти языки являются стандартными языками в области FPGA, и их освоение позволяет лучше понимать и проектировать цифровые схемы. Однако, если вы уже знакомы с другими языками программирования, такими как C или C++, вы также можете преобразовать язык высокого уровня в язык описания аппаратного обеспечения, приемлемый для FPGA, с помощью соответствующей цепочки инструментов. Следовательно, изучение определенного языка программирования полезно, но не обязательно для использования FPGA.
Я надеюсь, что эта статья редактора Downcodes поможет вам лучше понять выбор и использование языков программирования FPGA. Помните, что выбор языка, который лучше всего соответствует потребностям вашего проекта, имеет решающее значение!