vhdl基本語(yǔ)法(簡(jiǎn)略共34頁(yè))

1、VHDL硬件描述語(yǔ)言硬件描述語(yǔ)言1.1VHDL概述1.1.1VHDL的特點(diǎn)VHDL語(yǔ)言作為一種標(biāo)準(zhǔn)的硬件描述語(yǔ)言，具有結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、描述能力強(qiáng)的特點(diǎn)，由于VHDL語(yǔ)言來(lái)源于C、Ftran等計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言，在VHDL語(yǔ)言中保留了部分高級(jí)語(yǔ)言的原語(yǔ)句，如if語(yǔ)句、子程序和函數(shù)等，便于閱讀和應(yīng)用。具體特點(diǎn)如下：1.支持從系統(tǒng)級(jí)到門級(jí)電路的描述，既支持自底向上（bottomup）的設(shè)計(jì)也支持從頂向下（topdown）的設(shè)計(jì)，同時(shí)也支持結(jié)構(gòu)、行為和數(shù)

2、據(jù)流三種形式的混合描述。2.VHDL的設(shè)計(jì)單元的基本組成部分是實(shí)體（entity）和結(jié)構(gòu)體（architecture），實(shí)體包含設(shè)計(jì)系統(tǒng)單元的輸入和輸出端口信息，結(jié)構(gòu)體描述設(shè)計(jì)單元的組成和行為，便于各模塊之間數(shù)據(jù)傳送。利用單元（compo）、塊（block）、過(guò)程（procure）和函數(shù)（function）等語(yǔ)句，用結(jié)構(gòu)化層次化的描述方法，使復(fù)雜電路的設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)便。采用包的概念，便于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)文檔資料的保存和廣泛使用。3.VHDL語(yǔ)言有常

3、數(shù)、信號(hào)和變量三種數(shù)據(jù)對(duì)象，每一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象都要指定數(shù)據(jù)類型，VHDL的數(shù)據(jù)類型豐富，有數(shù)值數(shù)據(jù)類型和邏輯數(shù)據(jù)類型，有位型和位向量型。既支持預(yù)定義的數(shù)據(jù)類型，又支持自定義的數(shù)據(jù)類型，其定義的數(shù)據(jù)類型具有明確的物理意義，VHDL是強(qiáng)類型語(yǔ)言。4.數(shù)字系統(tǒng)有組合電路和時(shí)序電路，時(shí)序電路又分為同步和異步，電路的動(dòng)作行為有并行和串行動(dòng)作，VHDL語(yǔ)言常用語(yǔ)句分為并行語(yǔ)句和順序語(yǔ)句，完全能夠描述復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)和行為狀態(tài)。1.1.2VHDL語(yǔ)言的基本

4、結(jié)構(gòu)VHDL語(yǔ)言是數(shù)字電路的硬件描述語(yǔ)言，在語(yǔ)句結(jié)構(gòu)上吸取了Ftran和C等計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言的語(yǔ)句，如IF語(yǔ)句、循環(huán)語(yǔ)句、函數(shù)和子程序等，只要具備高級(jí)語(yǔ)言的編程技能和數(shù)字邏輯電路的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，就可以在較短的時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)VHDL語(yǔ)言。但是VHDL畢竟是一種描述數(shù)字電路的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言，該種語(yǔ)言的標(biāo)識(shí)符號(hào)、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)對(duì)象以及描述各種電路的語(yǔ)句形式和程序結(jié)構(gòu)等方面具有特殊的規(guī)定，如果一開(kāi)始就介紹它的語(yǔ)法規(guī)定，會(huì)使初學(xué)者感到枯燥無(wú)味，不得要領(lǐng)。較好

5、的辦法是選取幾個(gè)具有代表性的VHDL程序?qū)嵗?，先介紹整體的程序結(jié)構(gòu)，再逐步介紹程序中的語(yǔ)法概念。一個(gè)VHDL語(yǔ)言的設(shè)計(jì)程序描述的是一個(gè)電路單元，這個(gè)電路單元可以是一個(gè)門電路，或者是一個(gè)計(jì)數(shù)器，也可以是一個(gè)CPU。一般情況下，一個(gè)完整的VHDL語(yǔ)言程序至少要包含程序包、實(shí)體和結(jié)構(gòu)體三個(gè)部分。實(shí)體給出電路單元的外部輸入輸出接口信號(hào)和引腳信息，結(jié)構(gòu)體給出了電路單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和信號(hào)的行為特點(diǎn)程序包定義在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)體和實(shí)體中將用到的常數(shù)、數(shù)據(jù)類型、

6、子程序和設(shè)計(jì)好的電路單元等。一位全加器的邏輯表達(dá)式是：S=A⊕B⊕CiCo=ABACiBCi全加器的VHDL程序的文件名稱是fulladder.VHD，其中VHD是VHDL程序的文件擴(kuò)展名，程序如下：LIBRARYIEEEIEEE標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALLUSEIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALLUSEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALLENTITYfulladderISfu

7、lladder是實(shí)體名稱PT(ABCi:INSTD_LOGIC定義輸入輸出信號(hào)CoS:OUTSTD_LOGIC)ENDfulladderARCHITECTUREaddstrOFfulladderISaddstr是結(jié)構(gòu)體名BEGINS=AXBXCiCo=(AB)(ACi)(BCi)ENDaddstr從這個(gè)例子中可以看出，一段完整的VHDL代碼主要由以下幾部分組成：3.端口信號(hào)輸入輸出狀態(tài)有以下幾種狀態(tài)：IN信號(hào)進(jìn)入電路單元。OUT信號(hào)從電

8、路單元輸出。INOUT信號(hào)是雙向的，既可以進(jìn)入電路單元也可以從電路單元輸出。BUFFER信號(hào)從電路單元輸出，同時(shí)在電路單元內(nèi)部可以使用該輸出信號(hào)。小提示：OUT與BUFFER信號(hào)的區(qū)別就在于信號(hào)是否往內(nèi)部有反饋，將輸出端口定義為BUFFER型，可以省去一個(gè)用于中間運(yùn)算的一個(gè)臨時(shí)信號(hào)，但是并不推薦這么做。4.端口數(shù)據(jù)類型（TYPE）定義端口信號(hào)的數(shù)據(jù)類型，在VHDL中，常用的端口信號(hào)數(shù)據(jù)類型如下：（1）位（BIT）型：表示一位信號(hào)的值，可

9、以取值‘0’和‘1’，放在單引號(hào)里面表示，如X=‘1’，Y=‘0’。（2）位向量（BIT_VECT）型：表示一組位型信號(hào)值，在使用時(shí)必須標(biāo)明位向量的寬度（個(gè)數(shù)）和位向量的排列順序，例如：Q:OUTBIT_VECT(3downto0)，表示Q3，Q2，Q1，Q0四個(gè)位型信號(hào)。位向量的信號(hào)值放在雙引號(hào)里面表示，例如Q=“0000”（3）標(biāo)準(zhǔn)邏輯位（STD_LOGIC）型：IEEE標(biāo)準(zhǔn)的邏輯類型，它是BIT型數(shù)據(jù)類型的擴(kuò)展，可以取值‘U’，‘

10、X’，‘0’，‘1’，‘Z’，‘W’，‘L’，‘H’，‘’等。（4）標(biāo)準(zhǔn)邏輯位向量（STD_LOGIC_VECT）型：IEEE標(biāo)準(zhǔn)的邏輯向量，表示一組標(biāo)準(zhǔn)邏輯位型信號(hào)值。VHDL是與類型高度相關(guān)的語(yǔ)言，不允許將一種數(shù)據(jù)類型的信號(hào)賦予另一種數(shù)據(jù)類型的信號(hào)。除了上述介紹的數(shù)據(jù)類型外，還有其他多種數(shù)據(jù)類型用于定義內(nèi)部信號(hào)和變量，請(qǐng)參見(jiàn)12節(jié)。小提示：相同類型（模型相同，數(shù)據(jù)類型相同）的端口可以寫在同一行，如：ENTITYcntm16ISPT(

11、ENRdCLK:INSTD_LOGICCo:OUTSTD_LOGICQ:BUFFERSTD_LOGIC_VECT(3DOWNTO0))ENDcntm16此外要注意，最后一個(gè)端口結(jié)尾沒(méi)有分號(hào)！1.1.4VHDL語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)體（ARCHITECTURE）結(jié)構(gòu)體是VHDL程序設(shè)計(jì)中的最主要組成部分，是描述設(shè)計(jì)單元的具體結(jié)構(gòu)和功能，在程序中，結(jié)構(gòu)體放在實(shí)體的后面。每一個(gè)結(jié)構(gòu)體都有名稱，結(jié)構(gòu)體的名稱是由設(shè)計(jì)者任取的，結(jié)構(gòu)體是以標(biāo)識(shí)符ARCHITEC

12、TURE開(kāi)頭，以END結(jié)尾。結(jié)構(gòu)體可以有三種描述方式，分別是行為（BEAVHER）描述方式、數(shù)據(jù)流（DATAFLOW）描述方式和結(jié)構(gòu)(STRUCTURE)描述方式，其中數(shù)據(jù)流（DATAFLOW）描述方式又稱為寄存器（RTL）描述方式。不同的結(jié)構(gòu)體采用不同的描述語(yǔ)句。結(jié)構(gòu)體的一般格式為：ARCHITECTURE結(jié)構(gòu)體名OF實(shí)體名稱IS說(shuō)明語(yǔ)句BEGIN電路描述語(yǔ)句END結(jié)構(gòu)體名；結(jié)構(gòu)體說(shuō)明語(yǔ)句是對(duì)結(jié)構(gòu)體中用到的數(shù)據(jù)對(duì)象的數(shù)據(jù)類型、元件和子

13、程序等加以說(shuō)明。電路描述語(yǔ)句用并行語(yǔ)句來(lái)描述電路的各種功能，這些并行語(yǔ)句包括并行信號(hào)賦值語(yǔ)句、條件賦值(WHENELSE)語(yǔ)句、進(jìn)程（PROCESS）語(yǔ)句、元件例化(COMPOMAP)語(yǔ)句和子程序調(diào)用語(yǔ)句等。小提示：結(jié)構(gòu)體中定義的參數(shù)（信號(hào)，變量等）名稱不能與其所屬實(shí)體的端口名重名。結(jié)構(gòu)體的結(jié)束語(yǔ)句也可以寫成ENDARCHITECTURE結(jié)構(gòu)體名或者簡(jiǎn)寫為END。例112設(shè)計(jì)程序的結(jié)構(gòu)體部分如下：ARCHITECTUREcounstrO