2.7 Diskrete, ereignisbasierte Sprachen
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2.7.6 VHDL
Einführung
VHDL ist eine weitere Sprache, die auf der Modellierung mittels diskreter Ereignisse
basiert. Im Gegensatz zu SpecC und SystemC unterstützt sie keine klare Unterscheidung zwischen Kommunikation und Berechnung, was die Wiederverwendung von
Komponenten erschwert. Allerdings wird VHDL durch viele kommerzielle und akademische Werkzeuge unterstützt und ist weit verbreitet. Es ist ein (weiteres) Beispiel
einer Hardwarebeschreibungssprache. Nachdem wir ein erstes Beispiel ereignisbasierter Modelle bereits auf Seite 97 vorgestellt haben, wollen wir uns jetzt näher mit
VHDL beschäftigen.
VHDL verwendet Prozesse, um parallele Ausführung zu beschreiben. Jeder
VHDL-Prozess modelliert eine Komponente einer möglicherweise nebenläufigen
Hardware. Für einfache Komponenten kann ein einzelner VHDL-Prozess ausreichend sein. Um komplexere Hardwarekomponenten zu modellieren, benötigt man in
der Regel mehrere Prozesse. VHDL-Prozesse kommunizieren über Signale miteinander. Signale entsprechen in etwa den physischen Verbindungen in der Hardware,
also z.B. Leitungen oder Drähten.
Die Ursprünge von VHDL reichen bis in die achtziger Jahre des letzten Jahrhunderts zurück. Bis dahin wurden die meisten Systeme mit Hilfe graphischer HDLs
beschrieben. Der meistverwendete Baustein einer solchen Darstellung war ein einzelnes Gatter. Zusätzlich zu einer graphischen Darstellung kann man auch eine textuelle
HDL-Beschreibung erstellen. Die Stärke von textuellen Darstellungen liegt in der
Möglichkeit, relativ leicht komplexe Berechnungen mit Variablen, Schleifen, Funktionsparametern und Rekursionen darstellen zu können. Folglich wurden graphische
Darstellungen fast vollständig von textuellen HDLs ersetzt, als die digitalen Systeme
immer komplexer wurden. Die textuellen HDL-Darstellungen waren ursprünglich
ein Forschungsthema an Universitäten. Mermet et al. [393] geben einen Überblick
über die in Europa im Laufe der achtziger Jahre entwickelten Sprachen. MIMOLA
war eine dieser Sprachen und der Autor dieses Buches hat zu ihrem Entwurf und
ihrer Anwendung beigetragen [380, 374]. Textuelle Sprachen wurden beliebt, als
VHDL und der Konkurrent Verilog (siehe Seite 120) eingeführt wurden.
VHDL wurde im Rahmen des VHSIC-Programms des US-amerikanischen Verteidigungsministeriums entwickelt. VHSIC steht für Very High Speed Integrated Circuits. Ursprünglich wurde der Entwurf von VHDL (VHSIC Hardware Description
Language) von drei Firmen durchgeführt: IBM, Intermetrics und Texas Instruments.
Eine erste Version von VHDL wurde 1984 veröffentlicht. Später wurde VHDL dann
von der IEEE unter dem Namen IEEE 1076 standardisiert. Die erste IEEE-Version
von VHDL wurde im Jahre 1987 verabschiedet und in den Jahren 1993, 2000, 2002
und 2008 aktualisiert [238, 240, 241, 242, 243]. VHDL-AMS erlaubt zusätzlich die
Modellierung analoger und gemischt analog/digitaler (engl. mixed-signal) Systeme
durch die Erweiterung der Sprache um Differentialgleichungen [246]. Der Entwurf
von VHDL nahm Ada (siehe Seite 123) als Ausgangspunkt, da beide Sprachen für
das US-amerikanische Verteidigungsministerium entworfen wurden. Weil Ada auf
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2.7.6 VHDL
Einführung
VHDL ist eine weitere Sprache, die auf der Modellierung mittels diskreter Ereignisse
basiert. Im Gegensatz zu SpecC und SystemC unterstützt sie keine klare Unterscheidung zwischen Kommunikation und Berechnung, was die Wiederverwendung von
Komponenten erschwert. Allerdings wird VHDL durch viele kommerzielle und akademische Werkzeuge unterstützt und ist weit verbreitet. Es ist ein (weiteres) Beispiel
einer Hardwarebeschreibungssprache. Nachdem wir ein erstes Beispiel ereignisbasierter Modelle bereits auf Seite 97 vorgestellt haben, wollen wir uns jetzt näher mit
VHDL beschäftigen.
VHDL verwendet Prozesse, um parallele Ausführung zu beschreiben. Jeder
VHDL-Prozess modelliert eine Komponente einer möglicherweise nebenläufigen
Hardware. Für einfache Komponenten kann ein einzelner VHDL-Prozess ausreichend sein. Um komplexere Hardwarekomponenten zu modellieren, benötigt man in
der Regel mehrere Prozesse. VHDL-Prozesse kommunizieren über Signale miteinander. Signale entsprechen in etwa den physischen Verbindungen in der Hardware,
also z.B. Leitungen oder Drähten.
Die Ursprünge von VHDL reichen bis in die achtziger Jahre des letzten Jahrhunderts zurück. Bis dahin wurden die meisten Systeme mit Hilfe graphischer HDLs
beschrieben. Der meistverwendete Baustein einer solchen Darstellung war ein einzelnes Gatter. Zusätzlich zu einer graphischen Darstellung kann man auch eine textuelle
HDL-Beschreibung erstellen. Die Stärke von textuellen Darstellungen liegt in der
Möglichkeit, relativ leicht komplexe Berechnungen mit Variablen, Schleifen, Funktionsparametern und Rekursionen darstellen zu können. Folglich wurden graphische
Darstellungen fast vollständig von textuellen HDLs ersetzt, als die digitalen Systeme
immer komplexer wurden. Die textuellen HDL-Darstellungen waren ursprünglich
ein Forschungsthema an Universitäten. Mermet et al. [393] geben einen Überblick
über die in Europa im Laufe der achtziger Jahre entwickelten Sprachen. MIMOLA
war eine dieser Sprachen und der Autor dieses Buches hat zu ihrem Entwurf und
ihrer Anwendung beigetragen [380, 374]. Textuelle Sprachen wurden beliebt, als
VHDL und der Konkurrent Verilog (siehe Seite 120) eingeführt wurden.
VHDL wurde im Rahmen des VHSIC-Programms des US-amerikanischen Verteidigungsministeriums entwickelt. VHSIC steht für Very High Speed Integrated Circuits. Ursprünglich wurde der Entwurf von VHDL (VHSIC Hardware Description
Language) von drei Firmen durchgeführt: IBM, Intermetrics und Texas Instruments.
Eine erste Version von VHDL wurde 1984 veröffentlicht. Später wurde VHDL dann
von der IEEE unter dem Namen IEEE 1076 standardisiert. Die erste IEEE-Version
von VHDL wurde im Jahre 1987 verabschiedet und in den Jahren 1993, 2000, 2002
und 2008 aktualisiert [238, 240, 241, 242, 243]. VHDL-AMS erlaubt zusätzlich die
Modellierung analoger und gemischt analog/digitaler (engl. mixed-signal) Systeme
durch die Erweiterung der Sprache um Differentialgleichungen [246]. Der Entwurf
von VHDL nahm Ada (siehe Seite 123) als Ausgangspunkt, da beide Sprachen für
das US-amerikanische Verteidigungsministerium entworfen wurden. Weil Ada auf