基于VHDL語言的電子系統設計研究

張 甜，張 帆

（陜西郵電職業技術學院，陜西 咸陽 712000）

數字系統的整機設計正逐漸呈高速、小體積、大容量和輕重量的技術標準化發展，而以往自上至下的現存集成芯片所組成的大規模組合電路設計模式，已無法滿足當前技術應用標準[1]。在PAL、GAL、CPLD等可編程器件基礎上提出的ASIC（專用集成電路）和FPGA（可編程門陣列），被廣泛應用于專用集成電路(ASIC)領域。面向特定用戶的服務和批量種類需求較多時，能在較短時間內完成生產設計[2]。在ASIC及FPGA設計中，能夠以電路系統行為及具體功能為依據，通過自上至下的設計描述，綜合優化與驗證模擬生成元器件[3]。VHDL作為一種高級工業標準綜合描述類語言，可以將VHDL語言應用于電子系統設計中，實現電子系統處理器及外界信號接收設備之間的信號獨立發送及接收，從而實現不同方向的數據傳送操作[4]。安全監測平臺設計要保證高效率，且在節約能源的基礎上保護網絡通信，這樣能夠充分降低不必要的技術損失。

1 TOP-DOWN技術

TOP-DOWN技術在系統設計過程中，能夠基于概念、規則類驅動，在系統高層次設計的基礎上，完成設計驗證，包括電路及印刷版設計和底層ASIC版圖等內容，這些都需要采用CAD技術手段實現系統電路的工藝、設計、測試一體化[5]。隨著EDA技術及VHDL語言的飛速發展，各類新型技術也在發展中不斷創新，基于TOP-DOWN的虛擬類原型技術設計，提供了有效的軟硬件系統協同開發技術手段[6]，常用功能模型設計有VME總線、DSPC40全功能、中斷控制模型等。元件存放于EDA庫內，在對系統設計過程中還需要運用差異化方案實現差異化EDA配置，用于篩選并優化方案。

2 VHDL語言技術

VHDL作為能夠實現VHSIC加速研發的一種語言標準，主要包括VHDL及EDIF兩大標準[7]。VHDL作為描述性硬件語言，通常運用于大規模數字類硬件電路系統設計中，如今也逐漸發展成為電子系統設計中普遍應用的工具型數字語言。VHDL語言擁有較豐富的語言描述功能，設計電路時能夠獲得非常抽象的描述，如PCB板級、芯片級、門級等，可以支持不同層次語言設計，所以TOP-DOWN全過程設計均需要運用同類型語言完成綜合模擬論證。

VHDL語言包括五部分，分別是實體號說明、構造體、集合包、配置、庫，前面四類均為可編譯的源設計單元，庫單元設計包括功能單元設計、用戶設計和ASIC廠家元件設計[8]。

VHDL語言設計特點如下：1）語言功能強大，設計方式多樣；2）具有強大的硬件描述能力；3）具有很強的移植能力；4）設計描述與器件無關；5）易于共享和復用。

3 電子系統設計

電子程序信息化對于國家及社會經濟發展及人民生活水平至關重要[9]。經VHDL語言理論研究，在電子系統中應用VHDL語言理論原理，能夠設計電子信息化系統[10]。運用VHDL語言設計電子系統流程如圖1所示。

圖1 電子系統VHDL語言計數流程圖

3.1 電子系統可編程邏輯芯片

對于日常生活中所運用的電子產品，確保芯片的正常運行至關重要，關鍵在于保證軟件芯片能夠即時解讀數據且實時存儲。相關芯片具有中斷功能，其中斷接口功能圖2所示。

圖2 中斷接口功能圖

3.2 電子系統配置時序設計

對于電子系統建設，計算機VHDL語言技術的易用性十分關鍵，其電子系統配置技術水平決定了能否幫助用戶高效率處理程序編輯。經過對操作人員的可編程芯片數據庫進行實時更新，還可以自定義模塊，多數電子系統的開關配置，均能很大程度滿足相關工作人員的電子程序處理需求。在日常應用中，其簡單易操作性可以更好地滿足電子信息技術的需求[11]。如今的普通文件傳輸存儲多數情況都選擇絕對加密，對電子信息安全性形成有力保證，從而快速推進電子信息系統的發展進程。

在電子系統信號來往過程中，擬定W表示模擬通信序列，r表示接收信號，靜態傳播信號的具體傳播可以通過以下計算公式表示：

式中，α表示步長；x(n)表示電子系統的信號；r*(n)表示r(n)誤差信號的共軛。結合以上能夠發現，r電子信號越長，產生的信道干擾越大，因此想要提高電子系統的運作效率，就應當降低對信號的干擾，并獲得最優化的電子系統性能。

4 中斷控制器功能模塊實現

數字系統設計始終基于CPU為核心技術，與其他子系統相結合，涵蓋了部分組合類邏輯，能夠有效控制不同的接口[12-13]。通常一個大系統又能夠劃分為多個功能子系統，可以逐層分解這些子系統直至元件層。其控制器可以劃分為DMA控制器、總線、處理器與終端控制器、接口等組件，還能夠進一步拆分為功能系統模塊，且這些功能模塊還可以進一步細化，直至最終成功細化至元件層，并且在這個細化過程中還可以選用VHDL語言，對不同階段“實體號”與相應的結構定義進行說明，這樣就完成了功能模塊的全部設計。

以TOP-DOWN設計為例，設計中斷控制器主要具備以下功能：

1）可以記錄中斷線，并有效消除線上存在的不穩定錯誤事件；

2）可以排定中斷優先級；

3）能夠屏蔽具體的中斷能力，輸出不同的中斷編碼；

4）設置相應的處理器接口、屏蔽位置接口等；

5）具備RESET信號接線，能夠應用于控制器初始狀態的有效控制。

根據功能結構圖可以編寫VHDL的實體號，代碼示例如下：

中斷寄存器能夠記錄中斷線的全部中斷信號，并且可以經總線寫入或成功讀出全部中段寄存器存在的內容。中段寄存器結構圖如圖3所示。

圖3 中段寄存器結構圖

Bufoe模塊作為VHDL庫內存在的元件之一，在設計過程中可以將相應接口映射至中段寄存器的結構內部接口中。Bufoe元件框圖如圖4所示。

圖4 Bufoe元件框圖

5 實驗論證分析

通過對傳統電子系統工作流程展開研究，與本次設計應用的VHDL語言電子系統工作方法相結合，在實驗中分析電子系統的實際運行工作效率，對比所測量的頻率值，完成實驗取樣[14]。

通過分析能夠發現，運用VHDL語言設計電子系統，可以在接收信號頻率時有效降低誤差[15]。由于電子系統無論在接收還是傳播中，都存在不穩定因素，因此用傳統的電子系統及VHDL語言設計的電子系統進行對比，對比實驗數據如圖5所示。

圖5 對比實驗數據

通過圖5可知，應用VHDL技術的電子系統模型，能夠獲得更高的電子信號準確率和信號接收強度，證明了VHDL能夠運用于電子系統設計中，有效增強電子系統的功能性，可以在一定程度上提升電子系統信息化水平。

6 結束語

文中研究表明，通過運用VHDL語言能夠實現系統硬件描述，其具有強大的語言結構，可以描述十分復雜的硬件電路[16]。在電子程序信息化系統建設過程中，驗證了基于VHDL語言電子系統設計技術的可行性，不但易實現且安全性高。在監測信號頻率數據對比中發現，VHDL應用于電子系統設計中，能夠真正增強電子系統的功能性，實現電子系統性能的最優化。