文章來源：老虎說芯

原文作者：老虎說芯

Verilog和VHDL是兩種廣泛使用的硬件描述語言（HDL），它們用于描述和模擬數(shù)字電路系統(tǒng)的行為和結(jié)構(gòu)。這兩種語言的主要作用是幫助工程師設(shè)計(jì)、仿真和驗(yàn)證集成電路（IC）和系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）中的硬件模塊。

1. Verilog

Verilog 是一種硬件描述語言，最初由 Gateway Design Automation 公司在 1984 年開發(fā)，后由 IEEE 進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)化（IEEE 1364）。Verilog 用于描述數(shù)字電路的行為和結(jié)構(gòu)，并且在 FPGA 和 ASIC（專用集成電路）設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。

Verilog的特點(diǎn)：

結(jié)構(gòu)化和行為描述：Verilog 支持兩種主要的描述方式：

結(jié)構(gòu)化描述：通過連接標(biāo)準(zhǔn)單元或模塊來定義硬件的結(jié)構(gòu)。

行為描述：通過描述硬件的邏輯行為來定義電路，類似編程語言中的算法。

模塊化：Verilog 是模塊化的，電路設(shè)計(jì)被劃分為多個(gè)模塊，每個(gè)模塊可以獨(dú)立開發(fā)和測(cè)試。

并行性：Verilog 支持并行描述，能夠有效地描述并行工作的硬件組件（例如多個(gè)邏輯門同時(shí)工作）。

Verilog的主要用途：

功能描述：設(shè)計(jì)者可以使用 Verilog 描述電路的邏輯行為，例如加法器、寄存器、時(shí)鐘等。

仿真：設(shè)計(jì)者通過仿真驗(yàn)證 Verilog 描述的電路是否按預(yù)期工作，通常通過仿真工具來運(yùn)行 Verilog 代碼，檢查電路的功能和時(shí)序。

綜合：將 Verilog 代碼轉(zhuǎn)化為實(shí)際的硬件電路，綜合工具根據(jù) Verilog 中的描述生成網(wǎng)表，并為后續(xù)的布局布線過程做準(zhǔn)備。

2. VHDL

VHDL（VHSIC Hardware Description Language）是另一種硬件描述語言，最初由美國國防部（DoD）在 1980 年代開發(fā)。它同樣用于描述電子系統(tǒng)，特別是在數(shù)字設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用，尤其是對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)（如 SoC 和 FPGA）進(jìn)行建模和仿真。

VHDL的特點(diǎn)：

強(qiáng)類型：VHDL 是一種類型非常嚴(yán)格的語言，數(shù)據(jù)類型和信號(hào)必須明確指定，有助于捕獲設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。

并行和順序描述：與 Verilog 類似，VHDL 支持并行和順序兩種描述方式。并行描述用于定義多個(gè)模塊同時(shí)工作的情況，順序描述則模擬邏輯流程。

結(jié)構(gòu)化和行為描述：VHDL 同樣支持結(jié)構(gòu)化和行為描述，結(jié)構(gòu)化描述類似于硬件的模塊化設(shè)計(jì)，而行為描述則專注于電路的功能實(shí)現(xiàn)。

VHDL的主要用途：

電路建模和仿真：設(shè)計(jì)者可以使用 VHDL 來建模電路的行為和結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

綜合與優(yōu)化：VHDL 代碼可以通過綜合工具轉(zhuǎn)化為實(shí)際硬件。與 Verilog 類似，綜合工具根據(jù) VHDL 描述生成門級(jí)網(wǎng)表，并進(jìn)一步進(jìn)行布局和布線。

驗(yàn)證和測(cè)試：VHDL 還可以用于為硬件模塊編寫測(cè)試平臺(tái)，進(jìn)行功能驗(yàn)證和時(shí)序分析。

3. Verilog 和 VHDL 的比較：

4. 選擇 Verilog 或 VHDL：

在實(shí)際使用中，Verilog 和 VHDL 都可以完成類似的任務(wù)，但它們各自有不同的優(yōu)缺點(diǎn)：

Verilog 通常更適合需要快速開發(fā)和仿真的項(xiàng)目，特別是在較為簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)和硬件驗(yàn)證過程中，Verilog 的簡(jiǎn)潔性使得開發(fā)效率較高。

VHDL 更適合于復(fù)雜、龐大的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，特別是對(duì)類型和結(jié)構(gòu)要求較高的系統(tǒng)。由于其強(qiáng)類型的特性，VHDL 能更好地捕捉設(shè)計(jì)中的潛在問題，但其相對(duì)復(fù)雜的語法也增加了學(xué)習(xí)曲線。

5. 總結(jié)

Verilog 和 VHDL 都是現(xiàn)代集成電路設(shè)計(jì)中不可或缺的工具，它們提供了強(qiáng)大的功能來描述和仿真數(shù)字系統(tǒng)。兩者的選擇通常取決于設(shè)計(jì)的復(fù)雜度、開發(fā)工具的支持以及團(tuán)隊(duì)的技術(shù)背景。Verilog 以簡(jiǎn)潔和高效著稱，適合快速迭代的設(shè)計(jì)，而 VHDL 則以嚴(yán)格的類型檢查和結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)著稱，適合更復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。