В язык VHDL-AMS по сравнению с базовой версией VHDL введен ряд дополнений, позволяющих использовать VHDL-AMS для многоаспектного моделирования непрерывных процессов.

Концепция многоаспектного моделирования была сформулирована более двадцати лет тому назад. Она основана на аналогиях компонентных и топологических уравнений, составляющих математические модели объектов во многих предметных областях на макроуровне. При этом под макроуровнем моделирования понимается совокупность моделей с сосредоточенными параметрами (т.е. описываемых системами обыкновенных дифференциальных уравнений) и методов их решения. Зависимыми переменными в этих моделях являются фазовые переменные, которые могут быть двух типов — переменными типа потенциала или переменными типа потока. В VHDL-AMS первые из них называются переменными across quantity, вторые — through quantity. Компонентные уравнения выражают связи между across и through переменными в отдельных элементах моделируемых объектов, а топологические уравнения — между однотипными фазовыми переменными разных элементов. Так, в случае электрических систем примерами компонентных уравнений могут быть уравнения закона Ома, а топологических — уравнения законов Кирхгофа. Фазовые переменные, используемые в моделях разных предметных областей (Energy domains), перечислены в табл. 1.

Введение в язык VHDL-AMS средств аналогового, многоаспектного и смешанного моделирования потребовало реализации следующих возможностей. Во-первых, это появление средств описания дифференциальных и алгебраических уравнений. При этом подразумевается наличие в интерпретаторе языка VHDL-AMS средств для численного решения уравнений, хотя сами методы решения в стандарте не определяются. Во-вторых, компоненты общей модели могут быть аналоговыми или дискретными, взаимодействие компонентов происходит через порты, а порты могут быть как дискретного, так и аналогового типов. В-третьих, предусматривается синхронизация событий в дискретной части с временными характеристиками процессов в непрерывной части модели. В-четвертых, имеется возможность моделирования не только во временной, но и в частотной областях.

Наряду с такими объектами, как компоненты, сигналы, константы в язык введены непрерывные переменные quantity, имеющие тип real. Производная непрерывной переменной обозначаются как X'Dot, а интеграл от переменной от 0 до текущего момента времени — X'Integ.

Появляется новый тип операторов для записи уравнений (simultaneous statement), в которых фигурируют переменные quantity. Примером simultaneous statement может служить следующая запись:

x'dot == a*x + b*y;

Эти операторы могут появиться везде, где допускается запись операторов присваивания значений сигналам <=. Порядок записи этих операторов не имеет значения, т.е. они выполняются параллельно.

Указание природы приложения (energy domain) выполняется с помощью ссылки на запись общих для приложения свойств, которая должна быть сделана в специальном пакете (package). На каждое приложение составляется один пакет. В этом пакете, в частности, в конструкции nature вводятся идентификаторы для фазовых переменных типа потенциала и типа потока. Например, в пакете для электрических систем записывается

nature electrical is
voltage across
current through
electrical_ref reference;

voltage есть переменная типа потенциала, а current — переменная типа потока. Последняя строка в этом фрагменте служит для указания физической природы системы. Для тепловой подсистемы идентификаторами для across, through и reference соответственно будут temperature, heatflow, termal_ref и т.п.

Каждому приложению при многоаспектном моделировании конкретного объекта соответствует своя эквивалентная схема, представленная в декларациях entity своими внешними портами. Например, описания внешних портов в некоторой электрогидравлической системе могут выглядеть следующим образом:

entity unit is
port (terminal x1,x2: electrical;
terminal g1,g2,g3: fluidic);
end unit;

Здесь x1, x2 — узлы в электрической подсистеме; g1, g2, g3 — в гидравлической подсистеме.

Входными и/или выходными переменными в моделях, описывающих потоки сигналов, могут быть переменные quantity. Тогда описание портов может быть следующим:

port (quantity input: in real; quantity output: out real);

Внутренние переменные quantity декларируются в архитектурных телах, например:

quantity v across i1, i2 through node_a to node_d;

Эта запись в электрической подсистеме означает, что переменная v есть разность потенциалов между узлами node_a и node_d эквивалентной схемы, а переменные i1 и i2 суть токи в ветвях, инцидентных этим узлам.

Начальные условия для переменных задаются в архитектурных телах с помощью оператора break.

Атрибутами некоторого узла T называют переменные T'Reference и T'Contribution. Переменная T'Reference есть across quantity относительно общего узла (ground). Переменная T'Contribution — сумма переменных through quantity в ветвях, инцидентных узлу T. При этом за положительное направление для T'Reference принято направление от узла T к общему узлу.

Поскольку численное решение является приближенным, то вводится понятие допусковой группы, каждая непрерывная величина и simultaneous statement принадлежат к определенной допусковой группе. Поэтому для переменных quantity наряду с записью их типа (real) обычно указывается допуск.