Язык описания аппаратуры VHDL

Часть 1. История

Сколько времени развиваются компьютеры, столько они усложняются. По закону Мура сложность цифровых систем удесятеряется каждые два года. На одном кристалле размещаются миллионы элементов, и разработка таких устройств не может осуществляться на уровне, скажем, словесного описания на русском языке или изображенной на бумаге схемы. Для решения этой проблемы были созданы специальные искусственные языки, языки описания аппаратуры (ЯОА, HDL, hardware description languages), покрывающие основные понятия, существенные для проектирования цифровых систем.

Появились языки описания аппаратуры в начале 60-х, по следующим причинам. Во-первых, требовалось как можно дольше работать с проектом на абстрактом формальном уровне, не опускаясь на уровень мелких деталей и физической реализации. Во-вторых, быстрый рост сложности проектируемых систем требовал адекватных средств, которые помогли бы с ней справиться. Эти проблемы решаются и языками программирования, и развитие ЯОА идет за ними с отставанием до десяти лет.

Тогда, в 60-е, было разработано несколько десятков ЯОА, среди которых стоит отметить LOTIS, EPICURE, CDL, HARGOL, CASSANDRE, DDL. В 70-е их уже было более двух сотен. В 1973 году был начат проект CONLAN (CONsensus LANguage) - первая попытка разработки стандарта языка, моделирующего многоуровневые проекты и имеющего формализованную семантику. По сути, это был не единственный язык описания аппаратуры, а механизм генерации языков на основе ядра, Base CONLAN.

В 1980 году были опубликованы основные результаты проекта, в 1983 - полное определение языка. В то время были разработаны и использовались многие другие ЯОА (ELLA, DACAPO III, CASCADE, REGLAN, KARL, VERILOG), однако именно CONLAN стал основой VHDL.

Первоначальным назначением языка VHDL было документирование проектов и выпускаемых электронных изделий, что позволяло разработчикам и пользователям легко и однозначно понимать выполняемые оными функции; в дальнейшем круг решаемых с помощью VHDL задач расширился. В 1981 году состоялась первая конференция, на которой были сформулированы требования к языку, в конце 1982 года был выпущен предназначенный для компаний и учреждений документ "Запрос на предложения", в нем появилось первое название языка, VHD2L (VHSIC (Very-High Speed Integrated Circuits) Hardware Design and Description Language).

Первыми проект поддержали компании Intermetrix, IBM и Texas Instruments. Язык разрабатывался стремительно, в 1984 году вышла уже шестая его версия. Появившаяся в августе 1985 года версия VHDL 7.2 удовлетворяла большинству требований и была принята в качестве стандарта в рамках Министества Обороны США. Затем развитие и стандартизация языка были продолжены в DATC (техническом комитете по автоматизации проектирования) IEEE. В июне 1986 вышла первая рабочая версия руководства по языку (Language Reference Manual), в декабре были внесены оставшиеся изменения, в начале 1987 года прошли дебаты по языку. Окончательная версия проекта языка была вынесена на голосование 11 декабря 1987 года и принята в качестве стандарта IEEE Std 1076-1987.

Cогласно требованиям к процессу стандартизации в IEEE все стандарты должны пересматриваться каждые 5 лет. Первый пересмотр VHDL-стандарта состоялся в 1992 году, хотя подготовка к этому началась в июне 1990 года с устранения неточностей и слабых мест в стандарте от 1987 года. Основные принципы построения языка были сохранены, а набор предоставляемых средств расширен. Голосование в декабре 1992 года дало положительные результаты, выявив при этом ряд замечаний, устранение которых привело к версии, принятой в 1993 году. Следующий пересмотр стандарта состоится в 1998 году.

С целью дальнейшего развития языка VHDL созданы рабочие группы при комитете по стандартизации по следующим направлениям:

переменные общего доступа
математический пакет
синтез
таймирование
объектно-ориентированные расширения
открытое моделирование
системное проектирование
параллельное моделирование
тестирование
совместное проектирование аппаратного и программного обеспечения.

Одновременно с подготовкой стандарта 1998 года ведутся исследования, целью которых является разработка фундаментальных направлений и принципов развития языка в будущем. Вопросы будущего языка VHDL тщательно исследуются как в США (главным образом в Министерстве Обороны), так и в Европейском Сообществе. В июле 1997 года в Париже, Франция, состоится вторая конференция "Будущее VHDL" (The future of VHDL), которая позволит выразить свою точку зрения на эти важные проблемы разработчикам языка, разработчикам средств автоматизированного проектирования, базирующихся на этом языке, пользователям языка и средств.

(Продолжение следует)

Анатолий ПРИХОЖИЙ,
доцент БГУИР, член IEEE