Nghiên Cứu và Thiết Kế Hệ Thống Bus Truyền Thông Tốc Độ Cao AMBA AHB

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu thiết kế và thực hiện bus truyền thông tốc độ cao AMBA AHB, ứng dụng trong hệ thống nhúng và vi điều khiển.

• Tác giả: Phan Hải Phong
• Trường học: Đại Học Quốc Gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ
• Đề tài: Nghiên Cứu, Thiết Kế Và Thực Hiện Bus Truyền Thông Tốc Độ Cao AMBA AHB
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sỹ
• Năm xuất bản: 2009
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. AMBA AHB Tổng Quan Nghiên Cứu Bus Truyền Thông SoC

Sự phát triển của công nghệ bán dẫn cho phép tích hợp ngày càng nhiều transistor trên một đơn vị diện tích. Theo định luật Moore, số lượng transistor trên một inch vuông sẽ tăng gấp đôi sau mỗi chu kỳ hai năm. Điều này cho phép các nhà sản xuất phát triển các mạch tích hợp (IC) với kích thước ngày càng nhỏ và độ tích hợp ngày càng tăng. Các hệ thống điện tử phức tạp và cồng kềnh nay đã có thể thu nhỏ lên trên một chip đơn mà vẫn giữ được các tính năng tương tự trong khi hiệu năng hoạt động được nâng cao. Từ đó ra đời khái niệm “Hệ thống trên chip” (SoC) để chỉ việc tích hợp các khối chức năng khác nhau trên một chip đơn thay cho một hệ thống gồm các thành phần riêng lẻ. Điều này không chỉ đáp ứng được sự phát triển của các thiết bị điện tử tích hợp nhỏ gọn mà còn nâng cao độ tin cậy trong quá trình hoạt động của các thiết bị đó. Không những thế, giá thành và thời gian cần thiết để phát triển các thiết bị này cũng được giảm đi rất nhiều, nhờ vào việc tái sử dụng các khối chức năng khác nhau đã được phát triển từ trước, hoặc bởi các nhóm phát triển khác nhau. Việc tích hợp ngày càng nhiều các khối chức năng trên một hệ thống đơn chip dẫn đến một yêu cầu cấp thiết là việc giải quyết vấn đề truyền thông giữa các khối chức năng.

1.1. Lịch Sử Phát Triển và Xu Hướng Hệ Thống trên Chip

Kể từ khi những vi mạch tích hợp (IC) đầu tiên ra đời vào năm 1958 [21], công nghệ vật liệu bán dẫn đã có nhiều bước phát triển lớn. Với công nghệ sản xuất các transistor ở kích thước nano thì các vi mạch tích hợp ngày nay có thể được tích hợp khoảng hơn một tỷ transistor trên một vi mạch (ví dụ: chip Xeon 7400 của Intel đã đạt độ tích hợp là 1,9 tỷ transistor [4]). Điều này không chỉ tạo ra các loại IC có độ phức hợp và hiệu năng cao, hoạt động với công suất tiêu thụ thấp mà còn cho phép phát triển nhiều chức năng hoạt động khác nhau trên cùng một vi mạch. Các hệ thống điện tử với từng khối chức năng riêng biệt và được thực hiện bởi các loại IC khác nhau, nay đã có thể cùng được thực thi lên trên một chip duy nhất.

1.2. Các Thành Phần Cơ Bản của một Hệ Thống trên Chip SoC

Một SoC thường bao gồm các khối số và khối tương tự như sau [22]: Một hoặc nhiều lõi vi xử lý (CPU) hoặc các khối xử lý tín hiệu số (DSP); Khối nhớ (ROM, RAM, flash…); Các giao tiếp mở rộng (USB, SPI, USART, erthenet, bluetooth…); Các bộ mã hoá và giải mã (Viterbi, Turbo…); Các bộ chuyển đổi ADC, DAC, khuếch đại tín hiệu…; Hệ thống bus truyền nhận dữ liệu; Các khối điều chỉnh điện thế và quản lý năng lượng của nguồn. Kiến trúc cơ bản của một hệ thống trên chip điển hình được mô tả như trong Hình 1.

II. Thách Thức Thiết Kế Bus Tốc Độ Cao AMBA AHB cho SoC

Việc tích hợp ngày càng nhiều các khối chức năng trên một hệ thống đơn chip dẫn đến một yêu cầu cấp thiết là việc giải quyết vấn đề truyền thông giữa các khối chức năng. Để đáp ứng yêu cầu này, nhiều phương thức truyền thông giữa các chip đã ra đời như truyền thông theo dạng kết nối điểm-tới-điểm, bus truyền thống hay các phương thức tiên tiến hơn như “Mạng trên chip” (Network-on-Chip). Tuy vậy, phương thức truyền thông bus hiện vẫn đang là phương thức truyền thông được sử dụng phổ biến vì tính đơn giản, thuận tiện của nó. Hơn nữa, các thế hệ bus tiên tiến vẫn có thể đáp ứng được yêu cầu truyền thông tốc độ cao và hỗ trợ truyền thông giữa nhiều lõi xử lý khác nhau.

2.1. Vấn Đề Truyền Thông trong Hệ Thống trên Chip SoC

Sự phát triển của các hệ thống trên chip đã làm cho các hệ thống bus truyền thống trở nên lạc hậu vì không thể đáp ứng được các yêu cầu truyền thông phức tạp với tốc độ cao và dung lượng lớn. Cùng với việc tích hợp ngày càng nhiều nhiều lõi IP trên một chip thì một yêu cầu quan trọng là phải xây dựng được các hệ thống truyền thông có tốc độ truyền dữ liệu cao và hỗ trợ quản lý một số lượng lớn các lõi IP gắn vào hệ thống.

2.2. Giới Hạn của Bus Truyền Thống và Sự Cần Thiết của AHB

Ngày nay, các phương pháp truyền thông cũ như truyền thông chia sẻ bus vẫn đang được tiếp tục cải tiến và phát triển. Các hệ thống bus tiên tiến ra đời phần nào cũng đã đáp ứng được những nhu cầu truyền thông trên chip hiện nay. Bên cạnh đó, các phương pháp truyền thông mới như “Mạng trên chip” (NoC) cũng đang được nghiên cứu và đang trong quá trình hoàn thiện.

III. Phương Pháp Thiết Kế Hệ Thống Bus AMBA AHB Tối Ưu

Mục đích của luận văn này là nghiên cứu, tìm hiểu một phương thức truyền thông trên chip theo kiểu bus tiên tiến được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều SoC khác nhau, đó là hệ thống bus AMBA AHB của hãng ARM; từ đó sẽ xây dựng một hệ thống bus theo kiến trúc bus AHB để phục vụ cho những mục đích truyền thông trong các SoC đang được Nhóm nghiên cứu về thiết kế vi mạch (VSD Group) phát triển tại Phòng thí nghiệm Hệ thống tích hợp thông minh (SIS Laboratory).

3.1. Tổng Quan về Hệ Thống Bus AMBA AHB

Các hệ thống bus tiên tiến hiện nay đều có những đặc điểm chung như hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông khác nhau, có khả năng quản lý ưu tiên truy cập bus, và có khả năng truyền thông với tốc độ cao. AMBA AHB là một trong những chuẩn bus được sử dụng rộng rãi trong các SoC. Nó được thiết kế để đáp ứng nhu cầu truyền thông tốc độ cao, băng thông lớn giữa các thành phần khác nhau trong hệ thống.

3.2. Kiến Trúc và Giao Thức Truyền Thông AMBA AHB

AMBA AHB sử dụng kiến trúc bus matrix cho phép nhiều master (bus chủ) giao tiếp với nhiều slave (bus tớ) đồng thời. Giao thức truyền thông của AHB dựa trên cơ chế burst transfer (truyền khối) để tăng hiệu quả truyền dữ liệu. Cơ chế arbitration (phân xử) được sử dụng để quản lý truy cập bus giữa các master khác nhau.

IV. Xây Dựng và Mô Hình Hóa Hệ Thống Bus AMBA AHB Chi Tiết

Luận văn được thực hiện trong khuôn khổ các đề tài nghiên cứu khoa học mã số QC. Hệ thống trên chip là một chip điện tử , vì vậy việc thiết kế một SoC phải tuân theo đúng quy trình thiết kế một chip. Một quy trình thiết kế chip thông thường bao gồm hai công đoạn lớn đó là: thiết kế logic (front-end) và thiết kế vật lý (back-end). Mỗi công đoạn lại được chia thành các bước khác nhau như ở Hình 4 [18].

4.1. Mô Hình Phân Quyền của Bộ Phân Xử Bus AMBA AHB

Bộ phân xử bus (Arbitration) là thành phần quan trọng trong hệ thống bus AHB. Nó có nhiệm vụ quản lý quyền truy cập bus giữa các master khác nhau, đảm bảo không có xung đột khi nhiều master cùng muốn truy cập bus. Mô hình phân quyền cần đảm bảo tính công bằng, hiệu quả, và đáp ứng được yêu cầu thời gian thực của hệ thống.

4.2. Mô Hình Giao Tiếp Giữa Bus Chủ Tớ và Lõi IP

Việc mô hình hóa giao tiếp giữa bus chủ/tớ và lõi IP là rất quan trọng để đảm bảo tính tương thích và khả năng tái sử dụng của các lõi IP. Mô hình cần định nghĩa rõ các tín hiệu bắt tay, các giao thức truyền dữ liệu, và các cơ chế xử lý lỗi. Các tín hiệu trên bus chủ. Máy trạng thái mô tả hoạt động của bus chủ. Các tín hiệu trên bus tớ. Máy trạng thái mô tả hoạt động của bus tớ.

V. Kiểm Chứng Hiệu Năng Hệ Thống Bus AMBA AHB bằng ModelSim

Xuất phát từ yêu cầu thiết kế và các đặc tả kỹ thuật, người thiết kế sẽ xây dựng kiến trúc của chip cần thiết kế . Kiến trúc này sẽ được mô tả bằng các ngôn ngữ thiết kế phần cứng ở các mức cụ thể khác nhau: từ mức cao nhất là mức hành vi hệ thống cho đến mức thấp nhất là kết nối giữa các khối logic. Sau khi được tổng hợp logic, hệ thống sẽ được mô phỏng để kiểm tra các chức năng logic của hệ thống trước khi chuyển sang các thiết kế vật lý để có thể đưa ra một chip hoàn chỉnh. Công đoạn thiết kế logic bao gồm bốn bước cơ bản:

5.1. Phương Pháp Kiểm Tra và Đánh Giá Mô Hình Bus AMBA AHB

Việc kiểm tra và đánh giá mô hình bus AHB là rất quan trọng để đảm bảo tính chính xác và hiệu năng của hệ thống. Các phương pháp kiểm tra bao gồm mô phỏng bằng ModelSim, kiểm tra timing analysis (STA), và formal verification. Phương pháp kiểm tra đánh giá mô hình.

5.2. Mô Phỏng và Kiểm Chứng Mô Hình bằng ModelSim

Mô phỏng bằng ModelSim là một phương pháp hiệu quả để kiểm tra các chức năng và hiệu năng của mô hình bus AHB. Các testbench được sử dụng để tạo ra các kịch bản truyền thông khác nhau, và kết quả mô phỏng được phân tích để đảm bảo mô hình hoạt động đúng như thiết kế. Sử dụng ModelSim và ISE Foundation Suite trong từng bước thiết kế.

5.3. Kiểm Tra Hoạt Động Truyền Thông Đơn Giản và Truyền Khối

Kiểm tra hoạt động truyền thông đơn giản của mô hình. Kiểm tra hoạt động truyền khối khi có các phản hồi truyền. Các trường hợp kiểm tra bao gồm truyền đọc/ghi đơn, truyền khối burst với các loại phản hồi khác nhau (OKAY, ERROR, RETRY, SPLIT). Điều này đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và đáp ứng yêu cầu khi có các tín hiệu phản hồi bất thường.

VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển cho Hệ Thống AMBA AHB

Luận văn đã trình bày quá trình nghiên cứu, thiết kế và thực hiện một hệ thống bus AMBA AHB tốc độ cao. Hệ thống này có thể được sử dụng trong các SoC khác nhau để đáp ứng nhu cầu truyền thông giữa các thành phần. Kết quả đánh giá cho thấy hệ thống đáp ứng được các yêu cầu về hiệu năng và độ tin cậy.

6.1. Tổng Kết Kết Quả Nghiên Cứu và Đóng Góp

Tổng kết các kết quả nghiên cứu đã đạt được trong luận văn. Nêu rõ những đóng góp mới của luận văn so với các nghiên cứu trước đây. Đánh giá hiệu quả của hệ thống bus AHB đã được thiết kế và thực hiện.

6.2. Hướng Phát Triển và Nghiên Cứu Tiềm Năng

Đề xuất các hướng phát triển và nghiên cứu tiềm năng cho hệ thống bus AHB trong tương lai. Ví dụ, có thể nghiên cứu các kỹ thuật để giảm power consumption (tiêu thụ điện năng) của hệ thống, hoặc tích hợp AHB với các chuẩn truyền thông khác như AXI. Ngoài ra, có thể nghiên cứu ứng dụng AHB trong các lĩnh vực mới như IoT (Internet of Things) và AI (Artificial Intelligence).

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 Hệ thống trên chip và vấn ñề truyền thông trên chip 1. Hệ thống trên chip - lịch sử và xu thế phát triển Kể từ khi những vi mạch tích hợp (IC) ñầu tiên ra ñời vào năm 1958 [21], công nghệ vật liệu bán dẫn ñã có nhiều bước phát triển lớn. Với công nghệ sản xuất các transistor ở kích thước nano thì các vi mạch tích hợp ngày nay có thể ñược tích hợp khoảng hơn một tỷ transistor trên một vi mạch (ví dụ: chip Xeon 7400 của Intel ñã ñạt ñộ tích hợp là 1,9 tỷ transistor [4]). ðiều này không chỉ tạo ra các loại IC có ñộ phức hợp và hiệu năng cao, hoạt ñộng với công suất tiêu thụ thấp mà còn cho phép phát triển nhiều chức năng hoạt ñộng khác nhau trên cùng một vi mạch.

Các hệ thống ñiện tử với từng khối chức năng riêng biệt và ñược thực hiện bởi các loại IC khác nhau, nay ñã có thể cùng ñược thực thi lên trên một chip duy nhất. Từ ñó, khái niệm “Hệ thống trên chip” ra ñời ñể chỉ việc tích hợp các thành phần của một hệ thống máy tính lên trên một chip ñơn. Với sự phát triển của công nghệ, các khối chức năng (hay còn gọi là các lõi IP - Intellectual Property) ñược tích hợp lên một chip ñơn không chỉ là các khối thực hiện các chức năng số (digital) mà còn có thể thực hiện các chức năng tương tự (analog) hoặc cả hai chức năng trên (mix-signal). Thậm chí các khối có chức năng thu phát sóng vô tuyến cũng có thể ñược tích hợp chung với nhau trên một hệ thống ñơn nhất.

Một SoC thường bao gồm các khối số và khối tương tự như sau [22]: - Một hoặc nhiều lõi vi xử lý (CPU) hoặc các khối xử lý tín hiệu số (DSP); - Khối nhớ (ROM, RAM, flash…); - Các giao tiếp mở rộng (USB, SPI, USART, erthenet, bluetooth…); - Các bộ mã hoá và giải mã (Viterbi, Turbo…); - Các bộ chuyển ñổi ADC, DAC, khuếch ñại tín hiệu…; - Hệ thống bus truyền nhận dữ liệu; - Các khối ñiều chỉnh ñiện thế và quản lý năng lượng của nguồn; Kiến trúc cơ bản của một hệ thống trên chip ñiển hình ñược mô tả như trong Hình 1.AHB TIEU LUAN MOI download : [e-mail] CPU CPU RAM RAM DMA DMA High speed bus Arbiter Arbiter IP IP Bridge Bridge System-on-Chip IP IP Peripheral bus Arbiter Arbiter IP IP µC µC USB USB PCI PCI Hình 1. Kiến trúc cơ bản của một Hệ thống trên chip (SoC). Hình 2 mô tả cấu trúc của một vi ñiều kiển ARM với kiến trúc ñược xây dựng theo mô hình SoC. Trong mô hình này, lõi vi xử lý sẽ kết nối với các lõi IP khác thông qua bus tốc ñộ cao ASB hoặc AHB.

Một số lõi IP ñảm nhiệm chức năng giao tiếp với các thiết bị ngoại vi sẽ ñược kết nối với bus APB và kết nối với bus chính thông qua cầu bus. Việc phân tầng hệ thống bus theo kiểu này sẽ giúp tiết kiệm băng thông cho hệ thống, làm tăng hiệu suất hoạt ñộng của hệ thống lên ñáng kể. Cấu trúc của một vi ñiều khiển ARM ñược xây dựng theo kiến trúc SoC [22].AHB TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Từ khi SoC ñầu tiên ra ñời vào năm 1974 [29], các SoC ñã có nhiều thay ñổi và phát triển nhanh chóng. Các SoC ngày nay có thể chứa ñến hàng tỷ transistor và số lõi IP ñược tích hợp trên mỗi chip ngày càng tăng với chức năng ngày càng phong phú.

Với công nghệ hiện nay, một SoC ñược sử dụng trong các thiết bị số cá nhân (PDA) hay trong các ñiện thoại di ñộng có thể thực hiện hầu hết các chức năng về ñiều khiển, quản lý thiết bị, các chức năng giao tiếp không dây, có dây, cũng như các chức năng ña phương tiện (multimedia) với chất lượng cao. Với nhu cầu của cuộc sống hiện ñại, các thiết bị di ñộng trở nên không thể thiếu ñối với mỗi cá nhân trong công việc cũng như trong giao tiếp hay giải trí. Vì vậy chiến lược hiện nay của nhiều công ty và viện nghiên cứu là nghiên cứu và phát triển các SoC theo hướng ñáp ứng những yêu cầu thực thế này. Với nhu cầu thông tin di ñộng và việc lưu trữ cũng như truyền dữ liệu với dung lượng lớn, tốc ñộ cao thì các SoC ngày nay thường ñược phát triển theo hướng tích hợp ngày càng nhiều các chuẩn giao tiếp không dây như WiMax, wi-fi 802.11b/g/n, bluetooth, 3G… cũng như hỗ trợ các chuẩn giao tiếp có dây tốc ñộ cao (USB 2.

Những SoC như thế ra ñời ñã làm cho các thiết bị di ñộng ngày càng có kích thước nhỏ gọn, nhưng sức mạnh xử lý và giao tiếp ngày càng ñược nâng cao hơn. Sự phát triển của các thiết bị di ñộng cũng gắn liền với một nhu cầu quan trọng của con người ñó là nhu cầu giải trí di ñộng. Những chức năng về các ứng dụng ña phương tiện trở thành một tiêu chuẩn quan trọng trong các thiết bị số cá nhân hiện nay. Chính vì vậy việc phát triển các SoC có tích hợp sẵn các bộ giải mã tín hiệu âm thanh (chuẩn MP3, WAV…) hay tín hiệu hình ảnh (chuẩn AVI, MP4, H.264, HDMI…) cũng ñang nhận ñược rất nhiều sự quan tâm và ñầu tư.

Ngoài ra các SoC này cũng ñược nghiên cứu và phát triển theo hướng tích hợp ngày càng nhiều các lõi vi xử lý lên trên một chip (các SoC ña lõi xử lý) [10] [19] ñể tăng tốc ñộ và hiệu năng xử lý của hệ thống. ðiều này không chỉ giúp cho hệ thống có thể thực hiện các tác vụ ña phương tiện ñược nhanh chóng hơn mà còn mang lại cho người sử dụng sức mạnh xử lý dữ liệu ngay cả khi ñang di chuyển, một yếu tố quan trọng trong cuộc sống hiện ñại. Hình 3 là mô hình cấu trúc của một trong các SoC ñược xem là mạnh nhất hiện nay. ðây là chip OMAP 4 (của hãng Texas Instrucments) [24] ñược phát triển dành cho các nền tảng di ñộng thế hệ mới.

Nền tảng chip mới này có khả năng tích hợp nhiều lõi vi xử lý, hỗ trợ hầu hết các kết nối phổ biến cũng như các hệ thống trình diễn ña phương tiện tiên tiến nhất.AHB TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Kiến trúc của chip OMAP 4 [24]. Một hướng nghiên cứu cũng ñang thu hút ñược sự quan tâm của giới thiết kế SoC hiện nay ñó là việc thiết kế, xây dựng các hệ thống truyền thông trên chip có hiệu quả. Sự phát triển của các hệ thống trên chip ñã làm cho các hệ thống bus truyền thống trở nên lạc hậu vì không thể ñáp ứng ñược các yêu cầu truyền thông phức tạp với tốc ñộ cao và dung lượng lớn.

Cùng với việc tích hợp ngày càng nhiều nhiều lõi IP trên một chip thì một yêu cầu quan trọng là phải xây dựng ñược các hệ thống truyền thông có tốc ñộ truyền dữ liệu cao và hỗ trợ quản lý một số lượng lớn các lõi IP gắn vào hệ thống. Ngày nay, các phương pháp truyền thông cũ như truyền thông chia sẻ bus vẫn ñang ñược tiếp tục cải tiến và phát triển. Các hệ thống bus tiên tiến ra ñời phần nào cũng ñã ñáp ứng ñược những nhu cầu truyền thông trên chip hiện nay. Bên cạnh ñó, các phương pháp truyền thông mới như “Mạng trên chip” (NoC) cũng ñang ñược nghiên cứu và ñang trong quá trình hoàn thiện.

NoC hiện ñược xem là một phương pháp truyền thông trên chip có tính ưu việt cao hơn các phương pháp cũ và có thể sẽ ñược ứng dụng thay thế cho các phương thức truyền bus trong các SoC thế hệ mới. Tuy nhiên các nghiên cứu về NoC cũng chỉ vừa mới hoàn thành và việc ứng dụng phương thức truyền thông mới này vào thực tế vẫn còn hạn chế do ñộ phức tạp cao, chi phí thực hiện lớn và ñộ ổn ñịnh vẫn chưa ñược ñảm bảo… Chính vì vậy, việc xây dựng và phát triển các loại bus tiên tiến vẫn mang tính thời sự và cấp thiết của nó [3] [8] [16]. Việc thiết kế, xây dựng một hệ thống bus tiên tiến có tốc ñộ cao, băng thông lớn, ñộ ổn ñịnh cao vẫn luôn ñóng một vai trò quan trọng trong quá trình thiết kế một SoC. Các kiến trúc bus 5 (LUAN.AHB TIEU LUAN MOI download : [e-mail] tiên tiến luôn là một sự lựa chọn tối ưu cho các thiết kế SoC cần những ứng dụng có ñộ phức tạp vừa phải, số lượng lõi IP trên hệ thống không quá lớn.

Chính vì những lý do ñã ñề cập ở trên, luận văn này tập trung vào tìm hiểu về các ñặc tả kỹ thuật của hệ thống bus AMBA AHB - một hệ thống bus tiên tiến hiện nay - ñể từ ñó có thể thiết kế, xây dựng nên một hệ thống bus AHB nhằm ñảm bảo ñược vấn ñề truyền thông trong các thiết kế SoC ñang ñược tiến hành nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Hệ thống tích hợp thông minh (SIS Lab) thuộc trường ðại học Công nghệ. Các vấn ñề về truyền thông trên chip, cũng như các mô tả kỹ thuật chi tiết của hệ thống bus AMBA AHB sẽ tiếp tục ñược ñề cập sâu hơn trong những phần sau ñể làm cơ sở cho việc thực hiện luận văn này. Tổng quan về phương pháp thiết kế hệ thống trên chip Hệ thống trên chip là một chip ñiện tử, vì vậy việc thiết kế một SoC phải tuân theo ñúng quy trình thiết kế một chip. Một quy trình thiết kế chip thông thường bao gồm hai công ñoạn lớn ñó là: thiết kế logic (front-end) và thiết kế vật lý (back-end).

Mỗi công ñoạn lại ñược chia thành các bước khác nhau như ở Hình 4 [18]. Quy trình thiết kế chip cơ bản.AHB TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Xuất phát từ yêu cầu thiết kế và các ñặc tả kỹ thuật, người thiết kế sẽ xây dựng kiến trúc của chip cần thiết kế. Kiến trúc này sẽ ñược mô tả bằng các ngôn ngữ thiết kế phần cứng ở các mức cụ thể khác nhau: từ mức cao nhất là mức hành vi hệ thống cho ñến mức thấp nhất là kết nối giữa các khối logic. Sau khi ñược tổng hợp logic, hệ thống sẽ ñược mô phỏng ñể kiểm tra các chức năng logic của hệ thống trước khi chuyển sang các thiết kế vật lý ñể có thể ñưa ra một chip hoàn chỉnh.

Công ñoạn thiết kế logic bao gồm bốn bước cơ bản: 1. Mô tả thiết kế (Design Entry): dựa trên các yêu cầu hoạt ñộng của hệ thống ñể ñưa ra các mô tả về chức năng và kỹ thuật của hệ thống cần xây dựng, sau ñó sử dụng các ngôn ngữ mô tả phần cứng như VHDL [2] [6] [15] hay Verilog [13] [17] và các bản vẽ ñể mô tả thiết kế.