FPGA – Linguagem de Descrição de Hardware (VHDL)

LINGUAGEM DE DESCRIÇÃO DE HARDWARE (VHDL)

Caso ainda não tenha lidos os posts anteriores, lêia-os: http://www2.decom.ufop.br/imobilis/fpga-o-prodigio-flexibilidade-parte-2/ :D.

VHDL é uma linguagem de descrição de hardware usada para descrever o comportamento e estrutura de um sistema digital. A abreviatura VHDL significa VHSIC Hardware Description Language sendo que VHSIC significa Very High Speed Integrated Circuit. Ou seja, Linguagem de Descrição de Hardware de Circuitos Integrados com Altíssima Velocidade.Assim, VHDL é uma descritora de hardware de propósito geral sendo possível ser utilizada para descrever e simular operações de uma ampla variedade de sistema digitais variando em complexidade de algumas portas para uma interconexão de muitos circuitos integrado complexos.

Foi originalmente desenvolvida pela força militar americana para permitir método de uniformidade em sistemas digitais específicos. É padronizada pela IEEE e bastante utilizada industrialmente.

VHDL pode descrever vários níveis de sistemas digitais. Pode descrever o comportamento, fluxo de dados e estrutura. Possui uma metodologia top-down de design no qual os sistemas são especificados e testados em alto nível. Depois que o sistema for depurado, o design dele pode ser gradualmente refinado. Isso leva a uma descrição estrutural muito semelhante com a implementação do hardware real.

Um detalhe muito importante é que ela tem propriedades suficientes para ser independente tecnologicamente. Ou seja, a mesma linguagem VHDL utilizada para descrever as tecnologias de hoje, poderá descrever as futuras tecnologias pois não é diretamente relacionada a determinada esfera tecnológica, mas sim totalmente independente dela .

Um exemplo de uso de VHDL é descrever o código:

C <= A and B;

E <= C or D;

Tem-se a síntese (Figura 1) abaixo como resultado:

VANTAGENS E DESVANTAGENS DO FPGA

Em resumo, algumas vantagens e desvantagens ao utilizar um FPGA. Vantagens:

• Não é necessário desenvolver todo o circuito para testes feito em uma placa ASIC. Com o uso do FPGA, é possível fazer todos os testes necessários prevendo erros mínimos diminuindo os gastos;
• É possível adicionar mais recursos em sua placa para que o projeto tente simular o mais próximo possível do produto final;
• Amplamente usado para didática para a construção de circuitos integrados;
• Aplicação em diversas áreas inclusive áreas de grande importância como projetos no qual necessita de sistema críticos.

Desvantagens:

• Seu custo é bastante elevado para a utilização em projetos pequenos;
• Ela não possui capacidade de usar recurso analógicos;
• Seu desempenho entra em desvantagem em comparação com placas ASIC pois geralmente, o circuito projetado não é o ótimo necessitando de versões mais eficientes de FPGA e de projetistas com grandes habilidades na construção do circuito.

ALGUMAS PLACAS

A Figura 2 e Figura 3 exibem os equipamentos já utilizados por membros da equipe iMobilis.

O primeiro equipamento utilizado foi um FPGA Altera Cyclone II modelo EP2C5T144C8 (Figura 2). Ele modelo possui 4608 elementos lógicos disponíveis para design. Seu tamanho reduzido permite o transporte e comodidade para o desenvolvimento do projeto de pequeno porte.

Já o FPGA exibido na Figura 3 é maior e por sua vez possui mais recursos. Ele pode suportar projeto até 24 vezes maior que o Cyclone II suportaria. Ele possui 114.480 elementos lógicos além de várias outras interfaces disponíveis para uso como saída de vídeo, Ethernet, seriais, entre outras.

Atualmente, trabalha-se com três tipos de FPGA no laboratório. São elas:

Article Name: FPGA – A flexibilidade no projeto de hardware. Parte 3 de 3.

Description: Introdução ao VHDL e exibição de algumas páginas.

Author: Rodolfo Labiapari Mansur Guimarães

Publisher Name: Laboratório iMobilis