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VHDL基础1

2024-09-19 22:44:36   218人阅读

Description Structure





 


    

  •  一个可综合的VHDL描述中一般由3部分组成：LIBRARY declarations、ENTITY、ARCHITECTURE
    • 

  • Library（库）用来设计重用和代码共享，使代码结构更清晰
    • 





1 LIBRARY library_name;
2 USE library_name.package_name.package_parts;




    

  • 

      

    • 常用的三个Libray：ieee、std、work
      • 

    • 其中std、work是默认可见的，不需声明，ieee需要明确的声明
      • 

    

    • 

  • Entity（实体）描述电路的输入/输出引脚

    

    技术分享
    

    ENTITY entity_name IS
       GENERIC(参数名:数据类型:=设定值
                   ...)；        
        PORT (port_name1: port_mode data_type;
                  port_name2: port_mode data_type;
                   ...);
END entity_name;
    

    技术分享
    

    

    • 

      

    • GENERIC类属性为可选，用来指定诸如数据总线宽度、延时时间等参数
      • 

    • singal_mode 可以是 4 种类型：in  out  inout  buffer 
      • 

    • OUT 模式无法回读到电路内部，Buffer 模式可以，但是 buffer 不能连接到其他类型的端口，即不能把该模块作为子模块例化，一般使用中间缓冲信号，解决回读问题。
      • 

    

  • Architecture(结构体)描述电路的行为和实现的功能

      

    • Architecture 包含两个部分：声明部分和代码部分
      • 

    • 声明部分（可选）用来声明数据类型、常量、信号、子程序、元件等
      • 

    • 代码部分 （begin...end）描述电路行为

      

      1 ARCHITECTURE 结构体名 OF 实体名 IS
2      说明语句
3 BEGIN
4      功能描述语句
5           ......
6 END 结构体名;
      

      

       
      

      • 

    

    • 

  •  注释用 -- 开始 
    • 

  • VHDL不区分大小写
    • 



 


Data Types




 


三种数据对象，声明信号 signal 




1 signal name : type [range] [:= initial_vaule];




还有 常量 constant 声明：




1 constant name : type := value;




还有 变量 variable 声明




1 variable name : type [range] [:= initial_vaule];




 Pre-defined Data Types


bit & bit_vector


    

  • 用‘0‘、‘1‘赋值
    • 





1 signal x : bit;
2 signal y : bit_vector (3 DOWNTO 0);
3 
4 x<=‘1‘;
5 y<="0011"




std_logic & std_logic_vector


    

  •  不同于bit类型，可取9种逻辑数据类型，但只有0、1、X、Z 可综合
    • 

  • std_logic 是 std_ulogic的子集
    • 



Boolean


    

  • 两种取值：true、false
    • 



TIME




1 CONSTANT t_delay:TIME:=30 ns




 


    

  • 数值部分和单位之间有个空格 
    • 

  • fs、ps、ns、us、ms、sec、min、hr   103关系
    • 



integer


    

  • 32位表示的整数 范围-(231-1)~(231-1)
    • 

  • 其他进制整数先写进制数，再用#括起来16#1F#
    • 



real


    

  • 小数表示、科学计数表示
    • 



character & string


    

  • 使用字符串的可以是常量 和 变量
    • 



User-defined Data Types


 




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1 --integer range
2 TYPE student IS RANGE 0 TO 100;
3 
4 --enumerated(枚举)
5 TYPE state IS (state0,state1,state2,state3);
6 
7 --Array
8 TYPE matrix IS ARRAY (0 TO 3) OF std_loogic_vector;


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Port Array


有时在定义端口时，需要把端口定义为矢量阵列。但是在 Entity 中不允许使用 type 定义，所以我们必须自己定义包集 (package)，然后使用 use 声明使用该用户自定义的包集，最后才能在 Entity 中使用这种新定义的类型。


Data Conversion


    

  • 

    在 VHDL 中，不同类型的数据是不能直接进行算术/逻辑运算的，所以必要时必须进行类型转换操作。
    

    • 







             函数名称          
             函数功能            




TO_STDLOGICVECTOR()        
由BIT_VECTOR转为STD_LOGIC_VECTOR型  




TO_BITVECTOR()
与上相反




TO_STDLOGIC()
由BIT型转为STD_LOGIC型




TO_BIT
与上相反




CONV_STD_LOGIC_VECTOR(a,位长)
由整型转为STD_LOGIC_VECTOR型




CONV_INTEGER()
与上相反






 


 


 


 


 


 


 


Operators 




 


 VHDL 语法虽然枯燥无味，但是只有对数据类型、运算操作符及其属性有了深刻认识，才能写出高质量和高效率的代码。


 Opreators


    

  • 

    VHDL提供了6种预定义的预算符：
    

      

    • 

      赋值 assignment
      

      • 

    • 

      逻辑 logical
      

      • 

    • 

      算术 arithmetic
      

      • 

    • 

      关系 relational
      

      • 

    • 

      并置 concatenation
      

      • 

    

    • 



assignment


一共三种：


    

  • <= 用于给 signal 对象赋值
    • 

  • :=  用于给 variable, constant, 赋值
    • 

  • => 用于给矢量（vector）对象的某些位赋值，常和 others 一起使用
    • 



logical


进行逻辑运算，操作数必须是 bit, std_logic, std_ulogic 类型或者他们的扩展，即 bit_vector, std_logic_vector, std_ulogic_vector 类型


    

  • NOT, AND, OR, NAND, NOR, XOR
    • 



arithmetic


    

  • 操作数是 signed,  integer, real，其中 real 类型是不可综合的
    • 

  • +   -   *   /   **   MOD   REM   ABS
    • 



comparison


一共有6种：=   /=   >   <   >=   <=


concatenation


用于位的拼接。


    

  • 操作数：任何支持逻辑运算的数据类型
    • 

  • 操作符：&   (, , ,)
    • 



 


Concurrent Code




 


HDL对应的是硬件电路，而硬件电路时刻工作，所以它的代码是并发执行的。只有process、function、procedure中的代码是顺序执行的，而这些模块作为共同整体时，它们之间也是并行的。


在并发代码中可以使用下列各项：


    

  • 运算操作符
    • 

  • when 语句(when/else 和 with/select/when)
    • 

  • generate 语句
    • 

  • block 语句
    • 



when


when/else syntax:




1 assignment WHEN condition ELSE
2 assignment WHEN condition ELSE
3 ...;




 


with/select/when syntax:




1 WITH 选择信号表达式 SELECT
2 assignment WHEN value,
3 assignment WHEN value,
4 ...;




generate


常和 for/if 一起使用，因为描述对象是电路，电路是固定的，功能也是静态的，所以一种用途是生成相同元件的多次实例化，第二种用途是生成结构相同的多次赋值、组合逻辑。两种用途目的都是减少代码量，增加可读性和可维护性


block


为了把较长的代码分成几个较小的区域，便于阅读和维护，在每个块内都能对局部信号、数据类型和常量定义




1 块标号:BLOCK[(块保护表达式)]
2       [说明部分]
3 BEGIN
4        并行语句
5 END BLOCK [块标号]；




 


Sequential Code




VHDL 本质是并发执行的代码，但是在 process, function, procedure 内部的代码是顺序执行的，当它们作为一个整体时，相互之间也是并发执行的。


顺序代码并非只能与时序逻辑 (sequential logic) 对应，同样也可以用它们来实现组合逻辑 (combinational logic)。


这里主要讨论顺序代码，也就是这 3 个块中的代码，包括 if, wait, case, loop 语句。


process


在一个结构体中允许放置多个进程语句，这些进程也都是并行的，每个进程内部由一系列顺序语句构成




1 [进程标号:] PROCESS [敏感信号参数表] IS
2                  [进程说明部分]
3                       BEGIN
4                            顺序描述语句
5                    END PROCESS [进程标号]；




    

  • 每当敏感信号参数表里的任何参数变化时，进程都被激活重新执行一遍
    • 

  • 进程说明部分主要定义一些局部量如常量， 变量，子程序等，但这里不能定义信号
    • 

  • 顺序描述语句是最重要的部分，常用顺序语句 if/case/loop
    • 



if




1 IF conditions THEN assignment;
2 ELSIF conditions THEN assignments;
3 ......
4 ELSE assignments;
5 END IF;




case


case 和 when 的区别在于，case 允许在每个测试条件下执行多个赋值操作，而 when 只能执行一个赋值操作。




1 CASE 表达式 IS
2         WHEN value =http://www.mamicode.com/> assignment;>



 


loop


常用格式有两种


loop




1 [loop标号:] LOOP
2      顺序语句;
3 END LOOP[loop 标号];




for/loop




1 [LOOP标号:] FOR 循环变量 IN 循环参数范围 LOOP
2         顺序语句;
3 END LOOP[LOOP 标号];




    

  • 循环变量是一个临时局部变量，由LOOP语句自动定义
    • 



LOOP不能自己跳出循环，也不能自己跳到另一个循环，有时候需要加入其它控制语句




1 [标识:] EXIT [LOOP 标识] [WHEN condition];
2 
3 [标识:] NEXT [另一个LOOP 标识] [WHEN condition];




 


/*****注释*****/


*一组在逻辑上互相独立的程序或程序段在执行过程中，其执行时间在客观上互相重叠


 
VHDL基础1






























        

            
                
                  
                
                

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