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    publié le 26/08/2011

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    VHDL : Langage de description des circuits numériques complexes

    Document de 58 pages au format PDF

    RÉSUMÉ

    Cours de Génie électrique de l'Ecole Nationale d'Ingénieur de Monastir (Tunisie) sur le VHDL.

    EXTRAIT

    Le langage VHDL (de Vhsic-HDL) est l'abréviation de "Very high speed integrated circuit Hardware Description Language". C'est un langage de description des systèmes digitaux à très grande vitesse de conception. Il a fait l'objet d'une standardisation IEEE en 1987. En plus, ce langage est adopté comme langage d'entrée par la plus part des systèmes de CAO.

    1. EVOLUTION DE L'UTILISATION DU LANGAGE VHDL

    L'utilisation de VHDL croît d'une façon linéaire depuis les années 1987 en Europe et depuis 1991 aux Etats-Unis d'Amérique. En plus le prochain standard VHDL, prévu pour l'an 2000, devrait orienter ce langage vers la conception de systèmes. Cependant, l'utilisation de Verilog atteint quasiment aujourd'hui un palier dans ces deux zones géographiques.

    Néanmoins, le combat entre ces deux langages reste toujours aussi difficile et pour que ces prédictions soient réalisées et que VHDL soit plus largement adopté, il faut mettre à la disposition des utilisateurs VHDL des bibliothèques décrites en VHDL comme cela est déjà fait pour Verilog depuis plusieurs années. Ceci explique donc la naissance de VITAL (pour VHDL Initiative Towards ASIC Libraries).
    Le but essentiel de VITAL est d'accélérer le développement de bibliothèques d'ASIC décrites en VHDL pour la simulation. Les modèles comportent des informations temporelles précises permettant d'obtenir des résultats de simulation très proches de la réalité.

    2. INTERET DE VHDL POUR LA CONCEPTION

    VHDL a des intérêts divers pour le problème de la conception de circuits traité ici. Les points importants évoqués ici concernent la description, la simulation, la synthèse.

    2.1. Utilisation de VHDL pour la description et la modélisation

    VHDL est un langage hiérarchique qui permet de décrire un "objet" selon trois points de vue : structurel, comportemental, flot de données. Ainsi, il est d'un intérêt certain pour décrire la solution développée par le concepteur à différents niveaux :
    - pour la spécification et la conception fonctionnelle en utilisant le point de vue comportemental ;
    - pour la conception architecturale en utilisant le point de vue flot de données et le point de vue comportemental pour la partie contrôle ;
    - pour la conception détaillée en utilisant le point de vue structurel.
    Plusieurs points de vue pour un même objet peuvent coexister. La configuration permet de choisir celui approprié pour chaque étape.
    Lorsque le projet est complexe, la décomposition en entités permet de considérer séparément chaque sous-ensemble. Il est à la fois possible de procéder par raffinements successifs et par abstractions. La réutilisation de composants déjà conçus fait partie de l'esprit de VHDL. Ainsi, des modèles développés par diverses sociétés sont exploitables dans une même plate-forme. Pour la saisie des descriptions, les concepteurs ont l'habitude d'utiliser un outil de saisie de schémas. (...)

    PLAN

    I) Evolution de l'utilisation du langage VHDL

    II) Intérêt de VHDL pour la conception

    A. Utilisation de VHDL pour la description et la modélisation
    B. Utilisation de VHDL pour la simulation
    C. Utilisation de VHDL pour la synthèse
    D. Description VHDL et environnement de simulation

    III) Encapsulation en unités de conception

    A. Description d'une entité : Entité (ENTITY)
    B. Description d'une architecture
    C. Description d'une configuration
    D. Description du Paquetage

    IV) Description hiérarchique avec VHDL: différents types de description

    A. Description structurelle
    B. Description flux de données
    C. Description comportementale

    V) Les instructions VHDL

    A. Les instructions séquentielles
    B. Les instructions concurrents

    VI) Le concept de signal

    A. Délai d'un signal
    B. Fonction de résolution d'un signal
    C. Caractère générique des descriptions avec VHDL

    VII) L'outil de simulation "ModelSim": Manuel d'utilisation

    A. Introduction
    B. Création d'un projet sous MODEL SIM
    C. Rappel sur la programmation en VHDL
    D. Compilation à l'aide de ModelSim
    E. Simulation à l'aide de ModelSim

    VIII) L'outil de synthèse "Isewebpack" : manuel d'utilisation

    A. Analyse des différentes étapes de conception présentées dans l'ISE Webpack de Xilinx
    B. Exploitation de l'environnement ISEwebpack de Xilinx
    C. Génération des "IP" sous ISE Xilinx

    IX) Etude de la carte de prototypage : La SPARTAN 3 STARTER KIT BOARD56

    A. Introduction
    B. Présentation de la carte Spartan 3

    58

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