Curso VHDL – Introducción

Esta es la primera entrega del tutorial de introducción al lenguaje de descripción de hardware VHDL, el contenido estará basado en el material que he usado durante un curso de cinco días que he impartido en el Instituto Tecnológico de Orizaba, primero durante el congreso CONAGOLFO y este último año durante la semana de ingenierías.

El curso no se centra en el diseño lógico, sino en los aspectos básicos del lenguaje y en el uso de las herramientas de Xilinx para el diseño con VHDL. Durante el curso se utilizaron tres diferentes tarjetas de desarrollo, todas de la empresa Digilent, a saber:

Por el momento cuento con una tarjeta Spartan 3 Starter, y será en la cual implementaré los diseños que se muestren durante el tutorial, aunque trataré de dar indicaciones sobre las modificaciones para utilizar las otras tarjetas.

Breve introducción a VHDL

Durante la última década ha habido una gran revolución en el diseño de sistemas digitales. En la actualidad, un FPGA puede contener más de un millón de compuertas lógicas equivalentes y decenas de miles de flip-flops. Con tal capacidad, no es posible usar las técnicas tradicionales de diseño lógico, donde se realizaba un diagrama de compuertas para diseñar un sistema digital. La realidad es que hoy en día los sistemas digitales se diseñan de manera similar al proceso de desarrollo de software mediante los lenguajes de descripción de hardware (HDLs, por sus siglas en inglés: Hardware Description Language).

El nombre VHDL es un acrónimo que resulta de la combinación de VHSIC y HDL, que significan Very High Speed Integrated Circuit (Circuito Integrado de Muy Alta Velocidad) y Hardware Description Language (Lenguaje de Descripción de Hardware), respectivamente. Se trata de un lenguaje diseñado a iniciativa del departamento de defensa de Estados Unidos, basado en el lenguaje de programación Ada. En 1986 el departamento de defensa de E. U. transfirió los derechos a IEEE, con la intención de que fuera más ampliamente aceptado por la industria, desde 1987, IEEE se ha encargado de la publicación y actualización del estándar VHDL.

Dispositivos reconfigurables

Un dispositivo reconfigurable es aquel circuito de propósito general que posee una estructura interna que puede ser modificada por el usuario final, para implementar una amplia gama de aplicaciones. Algunos dispositivos reconfigurables son:

  • PROM: primer dispositivo que cumplió la característica de ser programable.
  • PAL: Programmable Array Logic, dispositivos conformados por compuertas AND programables y OR fijas.
  • PLA: Programmable Logic Array, más flexibles que las PAL, tiene compuertas AND y OR programables.
  • PLD: Programmable Logic Device, es una matriz de compuertas AND conectada a otra matriz de compuertas OR más biestables.
  • FPGA: Field Programmable Gate Array, inventado por los fundadores de Xilinx, consiste en una matriz de bloques configurables.

Estructura básica de un FPGA

Un FPGA está constituído básicamente de tres componentes:

  1. Bloques lógicos, cuya estructura y contenido se denomina arquitectura. Hay muchos tipos de arquitecturas, que varían principalmente en complejidad, desde una simple compuerta hasta módulos más complejos o estructuras tipo PLD.
  2. Recursos de interconexión, cuya estructura y contenido se denominan arquitectura de ruteado.
  3. Memoria RAM, que se carga durante el reset para configurar bloques y conectarlos.

Antes de iniciar con el código VHDL, vamos a descargar e instalar el software que utilizaremos durante este tutorial, en la próxima entrega detallaremos el proceso para descargar y obtener una licencia gratuita de ISE Design Suite.

4 comentarios en “Curso VHDL – Introducción”

  1. Fantastico este curso cuanto te costo la tarjeta spartan 3 starter board??? que realmente me siento moltivado a a prender VHDL. un saludo y un abraso desde Tapachula Chiapas.

    1. Qué tal, la tarjeta Spartan 3 Starter nos costó alrededor de $1200 en su tiempo, la compramos directamente con Xilinx, venía en su caja con logo y con otra tarjeta con un CPLD de regalo, estuvo muy bien ese paquete, lamentablemente un compañero la extravió :P. Ahora debes poder conseguirla de uso en alrededor de $800. Hace poco, en donde estudié adquirieron tarjetas Basys 2, a cada estudiante se las entregaron por aproximadamente $1000. Las que en estos momentos tengo son prestadas, una Starter y una Nexys 2 que me parece salió en unos $1800, incluyendo envío y los gastos de importación.

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