Verilog vs VHDL: Potpuna usporedba za odabir najboljeg HDL-a

U svijetu digitalnog dizajna, jedno od najčešće postavljanih pitanja među inženjerima, studentima i entuzijastima je: hardver Koji jezik opisa hardvera (HDL) naučiti ili koristiti: VHDL ili Verilog? Oba jezika su neophodna za rad sa FPGA i ASIC-ima, i iako dijele mnoge sličnosti, imaju vrlo različite karakteristike koje ih čine prikladnijima za određene kontekste ili profesionalne profile.

Bilo da tek počinjete u digitalnom dizajnu ili razmišljate o karijeri u ovoj oblasti, razumijevanje ključnih razlika između Verilog-a i VHDL-a pomoći će vam da donesete informiranu odluku o tome koji jezik najbolje odgovara vašim potrebama. U nastavku detaljno istražujemo njegove prednosti, nedostatke, primjene i tehničke karakteristike. Možete se baviti i srodnim temama kao što su rastuće cijene hardvera.

Šta je jezik opisa hardvera (HDL)?

Jezici opisa hardvera omogućavaju vam da modelirate i simulirate ponašanje digitalnih kola. Za razliku od jezika programiranje Tradicionalni jezici kao što su C ili Java, koji se koriste za razvoj softvera, HDL-ovi su dizajnirani da opišu kako se elektronsko kolo treba ponašati i strukturirati. Da biste bolje razumjeli ovu temu, možete pogledati članak o alati za dijagnostiku hardvera.

HDL-ovi kao što su Verilog i VHDL se koriste u dizajn i verifikacija procesora, čipova, matičnih ploča, ugrađenih sistema i, iznad svega, FPGA i ASIC-a. Oni omogućavaju definisanje i logičkog ponašanja i fizičke arhitekture hardvera. Kroz proces sinteze, HDL kod se pretvara u logički opis koji se može implementirati u silicijum.

VHDL: Detaljan pogled

VHDL (jezik opisa hardvera vrlo brzog integrisanog kola) Razvijen je po nalogu Ministarstva odbrane Sjedinjenih Država 80-ih. To je formalni opisni jezik, snažno otkucan i orijentiran na strukturirano modeliranje.

Njegove ključne karakteristike uključuju:

• Strogo kucanje: Prisiljava vas da precizno deklarirate svaku varijablu i tip podataka, što smanjuje mogućnost grešaka.
• Opširnost: Zahtijeva pisanje više linija koda od drugih jezika, iako to također čini dizajn eksplicitnijim i predvidljivijim.
• Napredna simulacija i verifikacija: zahvaljujući mehanizmima kao što su konfiguracije, testne stolice i biblioteke tipova podataka.
• Prenosivost: omogućava kreiranje projekata koji se mogu prilagoditi različitim tehnološkim platformama.

VHDL je posebno orijentisan na okruženja u kojima su robusnost, sledljivost dizajna i preciznost prioritet., na primjer, u zrakoplovnoj ili odbrambenoj industriji.

Verilog: Sažetiji i pristupačniji jezik

Verilog je rođen nekoliko godina kasnije, u početku kao jezik za simulaciju. Kasnije je usvojen kao standard (IEEE 1364) i evoluirao je da postane široko prihvaćen alat u industriji. Ako ste zainteresovani za GPU hardver, pogledajte nova CPU-Z funkcija.

Njegovi glavni kvaliteti su:

• Manje opširnosti: Iste funkcije se mogu postići s manje linija koda nego u VHDL-u.
• Sintaksa nalik C: Intuitivnije je za programere koji dolaze iz svijeta softvera.
• Niska krutost kucanja: Omogućava veću fleksibilnost, iako može dovesti do grešaka koje je teško otkriti.
• Veće usvajanje u komercijalnoj industriji: posebno u ASIC dizajnu i bržim razvojnim okruženjima.

Verilog je idealan za one koji traže jednostavniji jezik sa poznatom sintaksom koja omogućava agilnu izradu prototipa.

Tehničko poređenje između VHDL-a i Verilog-a

Izgled	VHDL	verilog
Kucanje	Jak	Slaba
Sintaksa	Slično Ada / Pascal	Slično kao C
Opširnost	Alta	baja
Lakoća učenja	Zahtijeva više početnih napora	Pogodnije za programere
Popularnost	Glavni u odbrani i Evropi	Rasprostranjeniji u Aziji i SAD-u (komercijalno)
Kapacitet za apstrakciju	Visoko (idealno za visok nivo)	Dobro za nizak nivo
SystemVerilog podrška	Ne	Da, savršeno se integriše

Šta je prvo lakše naučiti?

Rašireno je vjerovanje da Lakše je naučiti Verilog ako dolazite iz programiranja., zbog svoje blizine C. Međutim, ima onih koji to tvrde Učenje VHDL-a prvo olakšava dublje i disciplinovanije razumijevanje digitalnog dizajna, koji može pojednostaviti kasnije učenje drugih jezika. Ako tražite dodatne resurse, razmislite o čitanju o tome Nedostatak hardverskih ikona u Windows-u.

U svakom slučaju, Oba jezika pružaju čvrstu osnovu i jasno razumijevanje digitalne logike, a kada jednom savladate, prelazak na drugi je pitanje vremena i prakse.

Ključne razlike u praksi

Tipovi i strukture podataka

VHDL je izuzetno bogat tipovima podataka. Omogućava vam kreiranje korisnički definiranih tipova, zapisa, nabrajanja i složenih struktura. Ovo favorizuje čitljivost, robusnost i ponovnu upotrebu koda. Paketi, biblioteke i konfiguracije također se mogu kreirati kako bi se olakšalo održavanje velikih projekata. Za više informacija o hardverskim strukturama, možete pogledati članak o vrste usluga u oblaku.

Nasuprot tome, Verilog ima mnogo ograničeniji repertoar tipova. Manje je strog, što vam pomaže da brzo pišete, ali može dovesti do suptilnih grešaka. Ne dozvoljava strukture podataka tako složene kao VHDL.

Modeliranje ponašanja

Verilog je najprikladniji za modeliranje niskog nivoa, budući da ima integrirane primitive za logička vrata i osnovne komponente kao što su and, or, nand, itd. Takođe vam omogućava da definišete sopstvene primitive (UDP), što je veoma korisno u ASIC dizajnu. U tom smislu, zanimljivo je promatrati izazove s kojima se suočava industrija hardverske greške u GPU-ovima.

VHDL, s druge strane, blista u modeliranju visokog nivoa.. Nudi strukture i funkcionalnosti koje omogućavaju snažniju apstrakciju: istovremene procese, simboličko kucanje u FSM-ovima, razdvajanje arhitekture i entiteta, itd.

Opširnost i jasnoća

Jedna od najuočljivijih razlika je količina koda potrebna za obavljanje istog zadatka. Isti ALU se može napisati u VHDL-u u 15 redova iu Verilog-u u 5, bez gubitka funkcionalnosti. Međutim, jasnoću VHDL-a mogu preferirati oni koji cijene detaljniji opis kako sistem radi.

Rukovanje greškama i otklanjanje grešaka

VHDL kompajler izbacuje greške čak i za male nedoslednosti između tipova ili širina signala. Ovo zahtijeva pedantnost, ali i smanjuje greške u radu. Verilog dozvoljava više licenci, što može dovesti do grešaka koje je teško otkriti ako ste neiskusni. Ako ste zainteresovani za optimizaciju, preporučujem da pročitate o hardversko ubrzanje.

Koji jezik se najviše koristi u industriji?

Izbor između VHDL-a ili Verilog-a uvelike ovisi o industriji i geografskoj lokaciji. U akademskoj zajednici, jedno ili drugo se često predaje u zavisnosti od tradicije profesora ili zemlje. U industriji:

• Odbrana i vazduhoplovstvo obično koriste VHDL za njegovu robusnost, sljedivost i potrebnu formalnu dokumentaciju.
• Komercijalne kompanije (startapi, proizvođači čipova, automatizacija, itd.) često se naginju Verilogu ili čak SystemVerilog, zbog brzine razvoja.

Prema Google trendovi, U zemljama poput Njemačke i Francuske dominira VHDL.dok U Sjedinjenim Državama ili Kini postoji veći interes za Verilog.

Verilog i VHDL u akciji: primjeri i slučajevi iz stvarnog života

Praktična upotreba ovih jezika može se vidjeti u stotinama projekata. U Digilentu, npr. Postoje primjeri sa Verilog kontrolnim servom u demo Claw Game.. VHDL se, sa svoje strane, koristio za kontrolu modula kao što je PmodJSTK, demonstrirajući njegov potencijal za interakciju sa eksternim hardverom.

Detaljno poređenje dva jezika sa uzorkom koda dato je na platformi FPGA4Student. U istom dizajnu multipleksera (MUX), VHDL koristi duže procese i strukture, ali nudi i veću čitljivost i mogućnosti proširenja. Ako procjenjujete različita hardverska rješenja, možda će vas zanimati naš članak o Najpouzdaniji hardver 2024.

Koji jezik prvo treba naučiti?

Najrazumnija preporuka je: Odaberite onaj koji se najviše koristi u vašem radnom ili akademskom okruženju. Ako studirate na univerzitetu koji predaje VHDL, najefikasnije je prvo ga naučiti. Ako vam je cilj da uđete u razvoj ASIC-a ili radite na startupima sa modernim alatima, Verilog bi mogao biti praktičniji.

U svakom slučaju, učenje oba jezika predstavlja neospornu prednost. Mnogi koncepti su zajednički i prijelaz s jednog na drugi je prirodan kada steknete samopouzdanje.

Ni VHDL ni Verilog ne "pobeđuju" u ovoj bitci. I jedno i drugo ima svoje mjesto, a ovladavanje njima je konkurentska prednost u svijetu digitalnog hardvera. Dakle, koji god put da odaberete, pobrinite se da se udubite u logiku kola, simulaciju i sintezu digitalnih sistema – to je ono što je zaista važno.