Verilog vs VHDL: Komplett jämförelse för att välja den bästa HDL

I en värld av digital design är en av de vanligaste frågorna bland ingenjörer, studenter och entusiaster: hårdvara Vilket hårdvarubeskrivningsspråk (HDL) ska man lära sig eller använda: VHDL eller Verilog? Båda språken är viktiga för att arbeta med FPGA och ASIC, och även om de delar många likheter har de väldigt olika egenskaper som gör dem mer lämpliga för vissa sammanhang eller yrkesprofiler.

Oavsett om du precis har börjat med digital design eller funderar på en karriär inom detta område, kommer förståelsen av de viktigaste skillnaderna mellan Verilog och VHDL att hjälpa dig att fatta ett välgrundat beslut om vilket språk som bäst passar dina behov. Nedan utforskar vi på djupet dess fördelar, nackdelar, tillämpningar och tekniska egenskaper. Du kan även fördjupa dig i relaterade ämnen som t.ex stigande hårdvarupriser.

Vad är ett hårdvarubeskrivningsspråk (HDL)?

Hårdvarubeskrivningsspråk låter dig modellera och simulera beteendet hos digitala kretsar. Till skillnad från språken i programmering Traditionella språk som C eller Java, som används för att utveckla mjukvara, HDL är designade för att beskriva hur en elektronisk krets ska bete sig och vara uppbyggd. För att bättre förstå detta ämne kan du konsultera artikeln om diagnostiska verktyg för hårdvara.

HDL som Verilog och VHDL används i design och verifiering av processorer, chips, moderkort, inbyggda system och framför allt FPGA och ASIC. De tillåter att definiera både det logiska beteendet och den fysiska arkitekturen för hårdvaran. Genom syntesprocessen omvandlas HDL-koden till en logisk beskrivning som kan implementeras i kisel.

VHDL: En detaljerad blick

VHDL (Very High Speed ​​​​Integrated Circuit Hardware Description Language) Den utvecklades på order av USA:s försvarsdepartement på 80-talet. Det är ett formellt beskrivningsspråk, starkt typat och inriktat på strukturerad modellering.

Dess nyckelfunktioner inkluderar:

• Strikt skrivning: Det tvingar dig att deklarera varje variabel och datatyp exakt, vilket minskar risken för fel.
• Ordrikedom: Det kräver att man skriver fler rader kod än andra språk, även om detta också gör designen mer explicit och förutsägbar.
• Avancerad simulering och verifiering: tack vare mekanismer som konfigurationer, testbänkar och datatypsbibliotek.
• Bärbarhet: låter dig skapa projekt som kan anpassas till olika tekniska plattformar.

VHDL är speciellt inriktat på miljöer där robusthet, designspårbarhet och precision prioriteras.till exempel inom flyg- eller försvarsindustrin.

Verilog: Ett mer kortfattat och tillgängligt språk

Verilog föddes några år senare, till en början som ett simuleringsspråk. Det antogs senare som en standard (IEEE 1364), och utvecklades till att bli ett allmänt accepterat verktyg i branschen. Om du är intresserad av GPU-hårdvara, kolla in den nya CPU-Z-funktionen.

Dess huvudsakliga egenskaper är:

• Mindre utförlighet: Samma funktioner kan uppnås med färre rader kod än i VHDL.
• C-liknande syntax: Det är mer intuitivt för programmerare som kommer från mjukvaruvärlden.
• Låg skrivstyvhet: Det ger större flexibilitet, även om det kan leda till fel som är svåra att upptäcka.
• Större användning i den kommersiella branschen: speciellt i ASIC-design och snabbare utvecklingsmiljöer.

Verilog är idealiskt för dem som letar efter ett mer okomplicerat språk med välbekant syntax som möjliggör smidig prototypframställning.

Teknisk jämförelse mellan VHDL och Verilog

Utseende	VHDL	Verilog
Skriver	stark	svag
Syntax	Liknar Ada / Pascal	Liknar C
Ordrikedom	Alta	Baja
Lätt att lära	Kräver mer initial ansträngning	Mer programmerarvänlig
popularitet	Major inom försvaret och Europa	Mer utbredd i Asien och USA (kommersiellt)
Förmåga till abstraktion	Hög (perfekt för hög nivå)	Bra för låg nivå
SystemVerilog-stöd	Nej	Ja, den integrerar perfekt

Vad är lättare att lära sig först?

Det finns en utbredd uppfattning om det Det är lättare att lära sig Verilog om du kommer från en programmeringsbakgrund., på grund av dess närhet till C. Det finns dock de som hävdar det Att lära sig VHDL underlättar först en djupare och mer disciplinerad förståelse av digital design, vilket kan förenkla efterföljande inlärning av andra språk. Om du letar efter ytterligare resurser, överväg att läsa om Bristen på hårdvaruikoner i Windows.

I vilket fall som helst Båda språken ger en solid grund och en tydlig förståelse för digital logik, och när du väl bemästrar den ena är det en fråga om tid och övning att gå vidare till den andra.

Viktiga skillnader i praktiken

Datatyper och strukturer

VHDL är oerhört rikt på datatyper. Låter dig skapa användardefinierade typer, poster, uppräkningar och komplexa strukturer. Detta gynnar kodens läsbarhet, robusthet och återanvändbarhet. Paket, bibliotek och konfigurationer kan också skapas för att underlätta underhållet av stora projekt. För mer information om hårdvarustrukturer kan du konsultera artikeln om typer av molntjänster.

Däremot, Verilog har en mycket mer begränsad repertoar av typer. Det är mindre strikt, vilket hjälper dig att skriva snabbt, men kan leda till subtila fel. Det tillåter inte datastrukturer så komplexa som VHDL.

Beteendemodellering

Verilog är bäst lämpad för modellering på låg nivå, eftersom den har integrerade primitiver för logiska grindar och grundläggande komponenter som t.ex and, or, nand, etc. Det låter dig också definiera dina egna primitiver (UDP), vilket är mycket användbart i ASIC-designer. I detta avseende är det intressant att observera de utmaningar som branschen står inför hårdvarufel i GPU:er.

VHDL, å andra sidan, lyser i modellering på hög nivå.. Det erbjuder strukturer och funktioner som möjliggör mer kraftfull abstraktion: samtidiga processer, symbolisk typning i FSM, separation av arkitektur och enhet, etc.

Omfattande och tydlighet

En av de mest anmärkningsvärda skillnaderna är mängden kod som krävs för att utföra samma uppgift. Samma ALU kan skrivas i VHDL i 15 rader och i Verilog i 5, utan att förlora funktionalitet. Tydligheten i VHDL kan dock föredras av dem som värdesätter en mer detaljerad beskrivning av hur systemet fungerar.

Felhantering och felsökning

VHDL-kompilatorn kastar fel även för små inkonsekvenser mellan typer eller signalbredder. Detta kräver noggrannhet men minskar också körtidsfel. Verilog tillåter fler licenser, vilket kan leda till fel som är svåra att upptäcka om du är oerfaren. Om du är intresserad av optimering rekommenderar jag att läsa om hårdvaruacceleration.

Vilket språk används mest i branschen?

Valet mellan VHDL eller Verilog beror till stor del på branschen och geografiskt läge. Inom akademin lär man ofta ut det ena eller det andra beroende på professorns eller landets tradition. Inom industrin:

• Försvar och flyg brukar använda VHDL för dess robusthet, spårbarhet och erforderliga formell dokumentation.
• Kommersiella företag (startups, chiptillverkare, automation etc.) lutar ofta åt Verilog eller till och med SystemVerilog, på grund av utvecklingshastigheten.

Genom Google Trends, I länder som Tyskland och Frankrike dominerar VHDL.Medan I USA eller Kina är intresset för Verilog större.

Verilog och VHDL i aktion: exempel och verkliga fall

Den praktiska användningen av dessa språk kan ses i hundratals projekt. På Digilent har t.ex. Det finns exempel med Verilog som kontrollerar servon i en Claw Game-demo.. VHDL, å sin sida, har använts för att styra moduler som PmodJSTK, vilket visar dess potential för interaktion med extern hårdvara.

En detaljerad jämförelse av de två språken med exempelkod tillhandahålls på FPGA4Student-plattformen. I samma multiplexerdesign (MUX) använder VHDL längre processer och strukturer, men erbjuder också större läsbarhet och utökade möjligheter. Om du utvärderar olika hårdvarulösningar kanske du är intresserad av vår artikel om Den mest pålitliga hårdvaran 2024.

Vilket språk ska du lära dig först?

Den mest vettiga rekommendationen är: Välj den som används mest i din arbets- eller akademiska miljö. Om du studerar på ett universitet som undervisar i VHDL är det mest effektivt att lära dig det först. Om ditt mål är att komma in i ASIC-utveckling eller arbeta med startups med moderna verktyg, kan Verilog vara mer praktiskt.

Hur som helst, att lära sig båda språken ger en obestridlig fördel. Många begrepp delas och övergången från det ena till det andra är naturligt när du får förtroende.

Varken VHDL eller Verilog "vinner" denna strid. Båda har sin plats, och att bemästra dem är en konkurrensfördel i den digitala hårdvaran. Så, vilken väg du än väljer, se till att du fördjupar dig i kretslogik, simulering och digitala systemsyntes – det är det som är riktigt viktigt.