VHDL語言的對象和數(shù)據(jù)類型及運算操作符.ppt

第5章 VHDL語言的對象和數(shù)據(jù)類型及運算操作符,5.1 VHDL文字規(guī)則,5.1.1 數(shù)字,整數(shù)：整數(shù)都是十進(jìn)制的數(shù)，如： 5， 678， 0， 156E2(=15600)， 45_234_287 (=45234287),實數(shù)：實數(shù)也都是十進(jìn)制的數(shù)，但必須帶有小數(shù)點，如： 1.335， 88_670_551.453_909(=88670551.453909)，1.0，44.99E-2(=0.4499),以數(shù)制基數(shù)表示的文字：用這種方式表示的數(shù)由五個部分組成。 SIGNAL d1,d2,d3,d4,d5 : INTEGER RANGE 0 TO 255; d1 = 10#170# ; - (十進(jìn)制表示，等于 十進(jìn)制 170) d2 = 16#FE# ; - (十六進(jìn)制表示，等于 十進(jìn)制 254) d3 = 2#1111_1110#; - (二進(jìn)制表示，等于 十進(jìn)制 254) d4 = 8#376# ; - (八進(jìn)制表示，等于 十進(jìn)制 254) d5 = 16#E#E1 ; - (十六進(jìn)制表示，等于 十進(jìn)制 224),物理量文字(VHDL綜合器不接受此類文字)。如： 60s (60秒)， 100m (100米)， k (千歐姆)， 177A (177安培),5.1 VHDL文字規(guī)則,5.1.2 字符串,（2）文字字符串,（3）數(shù)位字符串,用單引號括起來的ASCII字符，如：R，a，1，-,B：二進(jìn)制基數(shù)符號，表示二進(jìn)制位0或1，在字符串中的每位表示一個Bit。,O：八進(jìn)制基數(shù)符號，在字符串中的每一個數(shù)代表一個八進(jìn)制數(shù)，即代表一個3 位(BIT)的二進(jìn)制數(shù)。,X：十六進(jìn)制基數(shù)符號(0F)，代表一個十六進(jìn)制數(shù)，即一個4位的二進(jìn)制數(shù)。,data1 = B“1_1101_1110“ - 二進(jìn)制數(shù)數(shù)組，位矢數(shù)組長度是9 data2 = O“15“ - 八進(jìn)制數(shù)數(shù)組，位矢數(shù)組長度是6 data3 = X“AD0“ - 十六進(jìn)制數(shù)數(shù)組，位矢數(shù)組長度是12 data4 = B“101_010_101_010“ - 二進(jìn)制數(shù)數(shù)組，位矢數(shù)組長度是12 data5 = “101_010_101_010“ -表達(dá)錯誤，缺B。 data6 = “0AD0“ -表達(dá)錯誤，缺X。,（1）字符,“ERROR“ ， “Both S and Q equal to 1“ ， “X“ ， “BB$CC“,5.1 VHDL文字規(guī)則,5.1.3 標(biāo)識符,標(biāo)識符是最常用的操作符，可以是常數(shù)、變量、信號、端口、子程序或參數(shù)的名字。VHDL基本標(biāo)識符的書寫需遵循如下規(guī)則： l有效的字符：包括26個大小寫英文字母，數(shù)字包括09 以及下劃線“_”。 l任何標(biāo)識符必須以英文字母開頭。 l必須是單一下劃線“_”，且其前后都必須有英文字母或數(shù)字。 l標(biāo)識符中的英語字母不分大小寫。 l允許包含圖形符號(如回車符、換行符等)，也允許包含空格符。,合法的標(biāo)識符： A, fft，and_4， max2uc,非法的標(biāo)識符： 21A, _fft，and_ _4， max#2uc，a-b，return,5.1 VHDL文字規(guī)則,5.1.4 下標(biāo)名,下標(biāo)名用于指示數(shù)組型變量或信號的某一元素。 格式： 標(biāo)識符(表達(dá)式) 標(biāo)識符必須是數(shù)組型的變量或信號的名字，表達(dá)式所代表的值必須是數(shù)組下標(biāo)范圍中的一個值，這個值將對應(yīng)數(shù)組中的一個元素。如果這個表達(dá)式是一個可計算的值，則此操作數(shù)可很容易地進(jìn)行綜合。如果是不可計算的，則只能在特定的情況下綜合。,下例的兩個下標(biāo)名中一個是m，屬不可計算，另一個是3，屬可計算的。 SIGNAL a，b : BIT_VECTOR (0 TO 3) ; SIGNAL m : INTEGER RANGE 0 TO 3 ; SIGNAL y，z : BIT ; y = a(m) ; - 不可計算型下標(biāo)表示 z = b(3) ; - 可計算型下標(biāo)表示,5.2 數(shù)據(jù)類型,標(biāo)量型(Scalar Type),復(fù)合類型(Composite Type),存取類型(Access Type),文件類型(Files Type),5.2.1 VHDL的預(yù)定義數(shù)據(jù)類型,1. 布爾(BOOLEAN)數(shù)據(jù)類型,2. 位(BIT)數(shù)據(jù)類型 如：constant a: bit :=1; variable q: bit :=0; signal a,b: bit;,3. 位矢量(BIT_VECTOR)數(shù)據(jù)類型 如：signal s: bit_vector (15 downto 0); constant q: bit_vector (3 downto 0) :=“0110”;,5.2.1 VHDL的預(yù)定義數(shù)據(jù)類型,4. 字符(CHARACTER)數(shù)據(jù)類型 通常用單引號括起來，區(qū)分大小寫。,6. 實數(shù)(REAL)數(shù)據(jù)類型 如：variable q: real range 0.0 to 255.0; constant a: real :=1.0;,1.0 十進(jìn)制浮點數(shù) 0.0 十進(jìn)制浮點數(shù) 65971.333333 十進(jìn)制浮點數(shù) 65_971.333_3333 與上一行等價 8#43.6#e+4 八進(jìn)制浮點數(shù) 43.6E4 十進(jìn)制浮點數(shù),5. 字符串(STRING)數(shù)據(jù)類型,如：VARIABLE string_var : STRING (0 TO 3 ) ; string_var := “a b c d“ ；,8. 時間(TIME)數(shù)據(jù)類型,TYPE time IS RANGE 2147483647 TO 2147483647 units fs ; - 飛秒，VHDL中的最小時間單位 ps = 1000 fs ; - 皮秒 ns = 1000 ps ; - 納秒 us = 1000 ns ; - 微秒 ms = 1000 us ; - 毫秒 sec = 1000 ms ; - 秒 min = 60 sec ; - 分 hr = 60 min ; - 時 end units ;,5.2.1 VHDL的預(yù)定義數(shù)據(jù)類型,7. 整數(shù)(INTEGER)數(shù)據(jù)類型 如：signal b: integer range 7 to 7; variable a : integer :=5;,5.2.2 IEEE預(yù)定義標(biāo)準(zhǔn)邏輯位與矢量,1. 標(biāo)準(zhǔn)邏輯位STD_LOGIC數(shù)據(jù)類型,2. 標(biāo)準(zhǔn)邏輯矢量(STD_LOGIC_VECTOR)數(shù)據(jù)類型,5.2 數(shù)據(jù)類型,5.2.3 其他預(yù)定義數(shù)據(jù)類型,1. 無符號數(shù)據(jù)類型(UNSIGNED TYPE),2. 有符號數(shù)據(jù)類型(SIGNED TYPE),5.2 數(shù)據(jù)類型,十進(jìn)制的8可以作如下表示： UNSIGNED(“1000“),兩則無符號數(shù)據(jù)定義的示例： VARIABLE var : UNSIGNED(0 TO 10) ; SIGNAL sig : UNSIGNED(5 TO 0) ;,例如： SIGNED(“0101“) 代表 +5，5 SIGNED(“1011“) 代表 5,5.2.4 用戶自定義數(shù)據(jù)類型,1. 枚舉類型,2. 物理類型,5.2 數(shù)據(jù)類型,如： Type year is(Jan,Feb,Mar,Apr,May,Jun,Jul,Aug,Sep,Oct,Nov,Dec); Signal thismoth :year; result= sep else 0;,如： Type voltage is range 0 to 1000000000 Units uv; (基本單位) mv=1000uv; v=1000mv; End units;,5.2.5 數(shù)組類型,5.2 數(shù)據(jù)類型,限定性數(shù)組,限定性數(shù)組定義語句格式如下： TYPE 數(shù)組名IS ARRAY (數(shù)組范圍)OF 數(shù)據(jù)類型 ； 如：type word is array(0 to 7)of std_logic;,非限定性數(shù)組,非限制性數(shù)組的定義語句格式如下： TYPE 數(shù)組名IS ARRAY (數(shù)組下標(biāo)名RANGE )OF 數(shù)據(jù)類型; 如：type word is array (natural range)of bit;,5.2.5 數(shù)組類型,5.2 數(shù)據(jù)類型,數(shù)組的元素可以是任何一種數(shù)據(jù)類型，用以定義數(shù)組元素的下標(biāo)范圍子句決定了數(shù)組中元素的個數(shù)，以及元素的排序方向，既下標(biāo)數(shù)是由高到低，或是由低到高。 如子句“0 TO 7”是由低到高排序的8個元素； 即：a(0)a(1)a(2)a(7)。 “15 DOWNTO 0”是由高到低排序的16個元素; 即：a(15)a(14)a(13) a(0) 。,5.3 VHDL操作符,5.3.1 邏輯操作符,表5-1 VHDL操作符列表,表5-1 VHDL操作符列表,接上頁,表5-2 VHDL操作符優(yōu)先級,5.3.1 邏輯操作符,【例5-4】 SIGNAL a ，b，c : STD_LOGIC_VECTOR (3 DOWNTO 0) ； SIGNAL d，e，f，g : STD_LOGIC_VECTOR (1 DOWNTO 0) ； SIGNAL h，I，j，k : STD_LOGIC ； SIGNAL l，m，n，o，p : BOOLEAN ； . a=b AND c; -b、c 相與后向a賦值，a、b、c的數(shù)據(jù)類型同屬4位長的位矢量 d=e OR f OR g ; - 兩個操作符OR相同，不需括號 h=(i NAND j)NAND k ； - NAND不屬上述三種算符中的一種，必須加括號 l=(m XOR n)AND(o XOR p); - 操作符不同，必須加括號 h=i AND j AND k ; - 兩個操作符都是AND，不必加括號 h=i AND j OR k ; - 兩個操作符不同，未加括號，表達(dá)錯誤 a=b AND e ; - 操作數(shù)b 與 e的位矢長度不一致，表達(dá)錯誤 h=i OR l ; - i 的數(shù)據(jù)類型是位STD_LOGIC，而l的數(shù)據(jù)類型是 . - 布爾量BOOLEAN，因而不能相互作用，表達(dá)錯誤。,5.3.1 邏輯操作符,5.3.2 關(guān)系操作符,【例5-5】 ENTITY relational_ops_1 IS PORT ( a，b : IN BITVECTOR (0 TO 3) ; m : OUT BOOLEAN) ; END relational_ops_1 ; ARCHITECTURE example OF relational_ops_1 IS BEGIN output = (a = b) ; END example ;,【例5-6】 ENTITY relational_ops_2 IS PORT (a，b : IN INTEGER RANGE 0 TO 3 ; m : OUT BOOLEAN) ; END relational_ops_2 ; ARCHITECTURE example OF relational_ops_2 IS BEGIN output = b) ; END example ;,六種關(guān)系運算操作符： “ = ”(等于)、 “/=”(不等于)、 “ ”(大于)、 “=”(大于等于) “=”(小于等于),5.3.3 算術(shù)操作符,表5-3 算術(shù)操作符分類表,1. 求和操作符,【例5-7】 VARIABLE a，b ，c ,d ，e ,f : INTEGER RANGE 0 TO 255 ; . a := b + c ; d := e f ;,【例5-8】 PROCEDURE adding_e (a :IN INTEGER ; b :INOUT INTEGER )IS . b := a + b ;,【例5-9】 PACKAGE example_arithmetic IS TYPE small_INt IS RANGE 0 TO 7 ; END example_arithmetic ; USE WORK.example_arithmetic.ALL ; ENTITY arithmetic IS PORT (a，b : IN SMALL_INT ; c : OUT SMALL_INT) ; END arithmetic ; ARCHITECTURE example OF arithmetic IS BEGIN c = a + b ; END example ;,2. 求積操作符,5.3.3 算術(shù)操作符,3. 符號操作符,求積操作符包括 * (乘)、 / (除)、MOD(取模)和RED(取余)四種操作符。,符號操作符“+”和“”的操作數(shù)只有一個,5.3.3 算術(shù)操作符,4. 混合操作符,【例5-10】 SIGNAL a，b : INTEGER RANGE 8 to 7 ; SIGNAL c : INTEGER RANGE 0 to 15 ; SIGNAL d : INTEGER RANGE 0 to 3 ; a = ABS(b) ; c = 2 * d ;,混合操作符包括乘方“*”操作符和取絕對值“ABS”操作符兩種,SLL邏輯左移 SRL邏輯右移 移空的位補零 SLA算術(shù)左移 SRA算術(shù)右移 移空的位由最初首位補 ROL邏輯循環(huán)左移 ROR邏輯循環(huán)右移 移出的位依次填補移空的位,5.3.3 算術(shù)操作符,5. 移位操作符,移位操作符的語句格式是： 標(biāo)識符 移位操作符 移位位數(shù) ；,例： “1001001” SLL 1=“0010010” “1001001” SRL 1=“0100100” “1001001” SLA 1=“0010011” “1001001” SRA 1=“1100100” “1001001” ROL 1=“0010011” “1001001” ROR 1=“1100100”,5.4 VHDL數(shù)據(jù)對象（Data Objects）,常量（Constant） 固定值，不能在程序中被改變 增強程序的可讀性，便于修改程序 可在Package、Entity、Architecture、Process、Function、Procedure中進(jìn)行定義，其有效范圍也相應(yīng)限定 書寫格式： Constant 常量名，常量名：數(shù)據(jù)類型：=表達(dá)式； 例：Constant data_bus_width: integer := 8;,5.4 VHDL數(shù)據(jù)對象（Data Objects）,信號（Signals） 代表連線，Port也是一種信號 沒有方向性，可給它賦值，也可當(dāng)作輸入 在Package、Entity、Architecture中定義 設(shè)定的初始值在綜合時沒有用，只是在仿真時在開始設(shè)定一個起始值。 用 = 進(jìn)行賦值 用 : = 進(jìn)行初始化 signal count：bit_vector(3 downto 0):=“0011”;,5.4 VHDL數(shù)據(jù)對象（Data Objects）,變量（Variable） 臨時數(shù)據(jù)，沒有物理意義 只能在Process、Function、 Procedure中定義，并只在其內(nèi)部有效， 要使其全局有效，先轉(zhuǎn)換為Signal。 用 := 進(jìn)行賦值 用 := 進(jìn)行初始化 variable result : std_logic := 0;,信號與變量的區(qū)別,architecture rtl of start is signal count : integer range 0 to 7; begin process(clk) begin if (clkevent and clk=1) then c