Curso intensivo sobre VHDL - Aprendendo a linguagem de descrição de hardware
Se você está interessado em programação de hardware, não pode ignorar a linguagem VHDL. A sigla VHDL significa VHSIC Hardware Description Language, ou Linguagem de Descrição de Hardware para Circuitos Integrados de Alto Nível. VHDL é uma linguagem de programação usada para descrever sistemas eletrônicos digitais que são compostos de circuitos integrados, como FPGA.
Neste artigo, apresentaremos um curso intensivo sobre VHDL, incluindo sua sintaxe básica, pontos avançados e exemplos práticos. Também discutiremos as capacidades de um FPGA e como você pode usá-las para criar sistemas digitais complexos.
Introdução ao VHDL
O VHDL é um padrão ANSI/IEEE que foi inicialmente desenvolvido nos anos 80. Ele é uma linguagem textual que permite descrever circuitos eletrônicos digitais em um nível de abstração alto. O objetivo é criar um modelo para o design digital que possa, mais tarde, ser utilizado para gerar um esquema elétrico.
Ao criar um modelo em VHDL, você não está escrevendo código para executar uma tarefa. Em vez disso, você está descrevendo a estrutura lógica de um circuito. Essa estrutura lógica pode ser usada para gerar instruções de como um circuito deve ser construído.
Sintaxe básica do VHDL
Uma descrição VHDL é dividida em duas partes principais: a Interface e a Arquitetura. A Interface é a parte onde você define os sinais de entrada e saída do circuito. A Arquitetura é a parte onde você descreve a lógica do circuito. Existem algumas outras partes opcionais, como bibliotecas e pacotes, mas podemos ignorá-las por agora.
Aqui está um exemplo de descrição VHDL simples:
```
entity XOR is
Port ( A,B : in std_logic;
F : out std_logic);
end XOR;
architecture Logic of XOR is
begin
F <= A xor B;
end Logic;
```
O código acima descreve um bloco lógico XOR. Ele contém duas entradas (A e B) do tipo std_logic e uma saída (F) tambem do tipo std_logic. Na Arquitetura, é especificado que a saída deve ser calculada usando a operação XOR das entradas A e B.
Capacidades do FPGA
Um FPGA é uma matriz de portas lógicas configuráveis e elementos de comutação. Esses elementos podem ser programados para executar funções personalizadas. O FPGA é programado com uma design de hardware e o hardware é executado em tempo real dentro do FPGA.
Os FPGA podem ser programados em várias linguagens de descrição de hardware diferentes, como VHDL, Verilog e SystemVerilog. Essas linguagens são usadas para descrever o hardware na forma de código-fonte, que é sintetizado em um circuito elétrico que será implementado no FPGA.
Os FPGA são usados em muitas aplicações diferentes, como processamento de sinais digitais, controle de motor, processamento de imagem e aceleração de algoritmos.
Exemplo prático
Vamos considerar um exemplo prático de como usar VHDL para controlar um LED. Esse exemplo assume que estamos conectando nossa FPGA a um LED RGB.
1. Interface
```
entity LED is
Port ( R : out std_logic;
G : out std_logic;
B : out std_logic);
end LED;
```
2. Arquitetura
```
architecture behavior of LED is
begin
R <= '0';
G <= '1';
B <= '0';
end behavior;
```
O código acima define uma interface com três sinais de saída (R, G e B) e uma arquitetura que simplesmente acende o LED verde. O sinal de saída G é definido como '1' e todos os outros sinais são definidos como '0'.
Conclusão
O VHDL é uma linguagem de descrição de hardware que é fundamental para o design de sistemas digitais complexos. Através de uma compreensão completa da sintaxe básica da VHDL e do uso das capacidades dos FPGA, é possível desenvolver sistemas digitais personalizados para uma ampla variedade de aplicações. Como você pode ver, o VHDL é uma linguagem poderosa e útil para qualquer pessoa que deseje se envolver em programação de hardware. Com este guia, esperamos que tenhamos dado a você uma base sólida para começar a trabalhar com esta linguagem de descrição de hardware emocionante.
