Verilog proti VHDL: popolna primerjava za izbiro najboljšega HDL

V svetu digitalnega oblikovanja je eno najpogostejših vprašanj med inženirji, študenti in navdušenci: strojna oprema Katerega jezika za opis strojne opreme (HDL) se naučiti ali uporabljati: VHDL ali Verilog? Oba jezika sta bistvena za delo s FPGA in ASIC, in čeprav imata veliko podobnosti, imata zelo različne značilnosti, zaradi katerih sta primernejša za določene kontekste ali poklicne profile.

Ne glede na to, ali ste šele začeli z digitalnim oblikovanjem ali razmišljate o karieri na tem področju, vam bo razumevanje ključnih razlik med Verilogom in VHDL pomagalo sprejeti informirano odločitev o tem, kateri jezik najbolj ustreza vašim potrebam. Spodaj podrobno raziskujemo njegove prednosti, slabosti, aplikacije in tehnične značilnosti. Poglobite se lahko tudi v sorodne teme, kot je npr naraščajoče cene strojne opreme.

Kaj je jezik za opis strojne opreme (HDL)?

Jeziki za opis strojne opreme vam omogočajo modeliranje in simulacijo obnašanja digitalnih vezij. Za razliko od jezikov programiranje Tradicionalni jeziki, kot sta C ali Java, ki se uporabljajo za razvoj programske opreme, HDL, so zasnovani tako, da opisujejo, kako naj se elektronsko vezje obnaša in strukturira. Za boljše razumevanje te teme si lahko ogledate članek o orodja za diagnostiko strojne opreme.

HDL-ji, kot sta Verilog in VHDL, se uporabljajo v načrtovanje in preverjanje procesorjev, čipov, matičnih plošč, vgrajenih sistemov in predvsem FPGA in ASIC. Omogočajo definiranje logičnega obnašanja in fizične arhitekture strojne opreme. S postopkom sinteze se koda HDL pretvori v logični opis, ki ga je mogoče implementirati v silicij.

VHDL: Podroben pogled

VHDL (Jezik za opis strojne opreme zelo hitrega integriranega vezja) Razvit je bil po naročilu Ministrstva za obrambo Združenih držav v osemdesetih letih prejšnjega stoletja. Je formalni opisni jezik, močno tipiziran in usmerjen k strukturiranemu modeliranju.

Njegove ključne značilnosti vključujejo:

• Strogo tipkanje: Prisili vas, da natančno deklarirate vsako spremenljivko in podatkovni tip, kar zmanjša možnost napak.
• Natančnost: Zahteva pisanje več vrstic kode kot drugi jeziki, čeprav je zaradi tega oblikovanje tudi bolj jasno in predvidljivo.
• Napredna simulacija in preverjanje: zahvaljujoč mehanizmom, kot so konfiguracije, testne mize in knjižnice podatkovnih vrst.
• Prenosljivost: omogoča izdelavo projektov, ki jih je mogoče prilagoditi različnim tehnološkim platformam.

VHDL je posebej usmerjen v okolja, kjer imajo prednost robustnost, sledljivost dizajna in natančnost., na primer v vesoljski ali obrambni industriji.

Verilog: Bolj jedrnat in dostopen jezik

Verilog se je rodil nekaj let kasneje, sprva kot simulacijski jezik. Kasneje je bil sprejet kot standard (IEEE 1364) in se je razvil v splošno sprejeto orodje v industriji. Če vas zanima strojna oprema GPE, preverite nova funkcija CPU-Z.

Njegove glavne lastnosti so:

• Manj besednosti: Enake funkcije je mogoče doseči z manj vrsticami kode kot v VHDL.
• C-podobna sintaksa: Je bolj intuitiven za programerje, ki prihajajo iz sveta programske opreme.
• Nizka togost tipkanja: Omogoča večjo prilagodljivost, čeprav lahko povzroči napake, ki jih je težko odkriti.
• Večja uporaba v komercialni industriji: zlasti pri oblikovanju ASIC in hitrejših razvojnih okoljih.

Verilog je idealen za tiste, ki iščejo preprostejši jezik z znano sintakso, ki omogoča agilno izdelavo prototipov.

Tehnična primerjava med VHDL in Verilogom

Videz	Vhdl	Verilog
Tipkanje	Močna	Šibka
Sintaksa	Podobno kot Ada / Pascal	Podobno kot C
Večplastnost	Visoko	Baja
Enostavnost učenja	Zahteva več začetnega truda	Programerju prijaznejši
Priljubljenost	Glavni v obrambi in Evropi	Bolj razširjeno v Aziji in ZDA (komercialno)
Sposobnost abstrakcije	Visoko (idealno za visoko raven)	Dobro za nizko raven
Podpora za SystemVerilog	Ne	Ja, popolnoma se integrira

Kaj se je lažje najprej naučiti?

Splošno razširjeno je prepričanje, da Verilog se je lažje naučiti, če imate izkušnje s programiranjem., zaradi bližine C. Vendar pa obstajajo tisti, ki trdijo, da Učenje VHDL najprej olajša globlje in bolj disciplinirano razumevanje digitalnega oblikovanja, ki lahko poenostavi kasnejše učenje drugih jezikov. Če iščete dodatne vire, preberite o Pomanjkanje ikon strojne opreme v sistemu Windows.

Vsekakor oz. Oba jezika zagotavljata trdne temelje in jasno razumevanje digitalne logike, in ko obvladate enega, je prehod na drugega vprašanje časa in prakse.

Ključne razlike v praksi

Podatkovni tipi in strukture

VHDL je izjemno bogat s tipi podatkov. Omogoča ustvarjanje uporabniško definiranih tipov, zapisov, oštevilčenj in kompleksnih struktur. To daje prednost berljivosti, robustnosti in ponovni uporabi kode. Ustvarite lahko tudi pakete, knjižnice in konfiguracije, ki olajšajo vzdrževanje velikih projektov. Za več informacij o strukturah strojne opreme si lahko ogledate članek o vrste storitev v oblaku.

Nasprotno, Verilog ima veliko bolj omejen repertoar vrst. Je manj strog, kar vam pomaga pri hitrem pisanju, vendar lahko privede do subtilnih napak. Ne dovoljuje tako zapletenih podatkovnih struktur kot VHDL.

Modeliranje vedenja

Verilog je najbolj primeren za modeliranje na nizki ravni, saj ima integrirane primitive za logična vrata in osnovne komponente, kot je npr and, or, nand, itd. Omogoča tudi definiranje lastnih primitivov (UDP), kar je zelo uporabno pri načrtovanju ASIC. V zvezi s tem je zanimivo opazovati izzive, s katerimi se sooča industrija, povezana z okvare strojne opreme v grafičnih procesorjih.

Po drugi strani pa VHDL blesti pri modeliranju na visoki ravni.. Ponuja strukture in funkcionalnosti, ki omogočajo močnejšo abstrakcijo: sočasni procesi, simbolno tipkanje v FSM, ločevanje arhitekture in entitete itd.

Dobesednost in jasnost

Ena najbolj opaznih razlik je količina kode, ki je potrebna za izvedbo iste naloge. Isti ALU je mogoče zapisati v VHDL v 15 vrsticah in v Verilog v 5, ne da bi izgubili funkcionalnost. Vendar pa je jasnost VHDL morda bolj všeč tistim, ki cenijo podrobnejši opis delovanja sistema.

Obravnava napak in odpravljanje napak

Prevajalnik VHDL vrže napake tudi pri majhnih nedoslednostih med vrstami ali širinami signalov. To zahteva natančnost, a tudi zmanjša napake med izvajanjem. Verilog omogoča več licenc, kar lahko povzroči napake, ki jih je težko odkriti, če ste neizkušeni. Če vas zanima optimizacija, priporočam branje o strojno pospeševanje.

Kateri jezik se največ uporablja v industriji?

Izbira med VHDL ali Verilog je v veliki meri odvisna od industrije in geografske lokacije. V akademskem svetu se pogosto poučuje eno ali drugo, odvisno od tradicije profesorja ali države. V industriji:

• Obramba in letalstvo običajno uporabljata VHDL zaradi njegove robustnosti, sledljivosti in zahtevane uradne dokumentacije.
• Komercialna podjetja (startupi, proizvajalci čipov, avtomatizacija itd.) se pogosto nagibajo k Verilogu ali celo SystemVerilog, zaradi hitrosti razvoja.

Z google Trendi, V državah, kot sta Nemčija in Francija, prevladuje VHDL.Medtem ko je V Združenih državah ali na Kitajskem je zanimanje za Verilog večje.

Verilog in VHDL v akciji: primeri in primeri iz resničnega življenja

Praktična uporaba teh jezikov je vidna v stotinah projektov. Pri Digilentu je npr. V predstavitvi igre Claw so primeri, ko Verilog krmili servomotorje.. VHDL je bil uporabljen za krmiljenje modulov, kot je PmodJSTK, kar dokazuje njegov potencial za interakcijo z zunanjo strojno opremo.

Podrobna primerjava obeh jezikov z vzorčno kodo je na voljo na platformi FPGA4Student. V isti zasnovi multiplekserja (MUX) VHDL uporablja daljše procese in strukture, ponuja pa tudi večjo berljivost in možnosti razširitve. Če ocenjujete različne strojne rešitve, vas bo morda zanimal naš članek o Najbolj zanesljiva strojna oprema leta 2024.

Kateri jezik bi se moral najprej naučiti?

Najbolj smiselno priporočilo je: Izberite tisto, ki je najbolj uporabljena v vašem delovnem ali akademskem okolju. Če študirate na univerzi, ki poučuje VHDL, je najučinkoviteje, da se ga najprej naučite. Če je vaš cilj vstopiti v razvoj ASIC ali delati na startupih s sodobnimi orodji, je Verilog morda bolj praktičen.

V vsakem primeru je učenje obeh jezikov nesporna prednost. Številni koncepti so skupni in prehod iz enega v drugega je naraven, ko pridobite samozavest.

V tej bitki ne "zmagata" niti VHDL niti Verilog. Oba imata svoje mesto in njuno obvladovanje je konkurenčna prednost v svetu digitalne strojne opreme. Torej, katero koli pot izberete, se prepričajte, da se poglobite v logiko vezij, simulacijo in sintezo digitalnih sistemov – to je tisto, kar je resnično pomembno.