VHDL語(yǔ)言實(shí)用教程

VHDL實(shí)用教程雷永輝VHDL硬件描述語(yǔ)言及應(yīng)用

-----------一種很好的數(shù)字系統(tǒng)硬件電路的形式化描述實(shí)現(xiàn)緒論EDA與FPGASSI（通用數(shù)字芯片）到MCU（單片機(jī)）FPGA/CPLD（現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列和復(fù)雜可編程邏輯器件）是一種發(fā)展趨勢(shì)EDA（electronicdesignautomation,電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）是一個(gè)軟件平臺(tái)，指利用計(jì)算機(jī)，通過(guò)軟件方式的設(shè)計(jì)和測(cè)試，達(dá)到對(duì)既定功能的硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。如quartusII7.2，完成HDL文件的邏輯編譯，邏輯簡(jiǎn)化，邏輯綜合及優(yōu)化，布局布線，仿真并產(chǎn)生具體芯片的目標(biāo)文件并下載等FPGA/CPLD與EDA技術(shù)的發(fā)展，使用文本描述電路（HDL）的設(shè)計(jì)方式流行起來(lái)VHDL語(yǔ)言概述HDL：HardwareDescriptionLanguageVHDL：由美國(guó)國(guó)防部開發(fā)，1987年由IEEE標(biāo)準(zhǔn)化，1993年進(jìn)一步修訂Verilog:1983年由GatewayDesignAutomation公司開發(fā),1990年被推向公眾領(lǐng)域,1995年成為IEEE標(biāo)準(zhǔn)TOPTODOWN設(shè)計(jì)方法DowntoTop:元件選型到邏輯設(shè)計(jì)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)試Toptodown:對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行行為描述、定義和仿真（與具體的物理芯片無(wú)關(guān)），確定設(shè)計(jì)的可行性和正確性，然后利用EDA工具把把功能描述轉(zhuǎn)換成具體目標(biāo)芯片網(wǎng)表進(jìn)行布局布線及后仿真，確保實(shí)際系統(tǒng)性能。在這種設(shè)計(jì)思想下的設(shè)計(jì)師應(yīng)具有以下設(shè)計(jì)思想：

1、設(shè)計(jì)工程師首先要考慮規(guī)劃出能完成某一具體功能、滿足自己產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的某一功能模塊

2、利用某種方式（如HDL硬件描述語(yǔ)言）把功能描述出來(lái)，通過(guò)功能仿真（HDL仿真器）以驗(yàn)證設(shè)計(jì)思路的正確性

3、當(dāng)所設(shè)計(jì)功能滿足需要時(shí)，再考慮以何種方式（即邏輯綜合過(guò)程）完成所需要的設(shè)計(jì)，并能直接使用功能定義的描述VHDL的EDA過(guò)程對(duì)初學(xué)者的幾點(diǎn)建議重要性：FPGA是電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域中最具活力和發(fā)展前途的一項(xiàng)技術(shù)，它的影響絲毫不亞于單片機(jī)的發(fā)明和應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域：PLD能完成任何數(shù)字器件功能，上至高性能CPU，下至基本的邏輯電路要求基礎(chǔ)：數(shù)字電路特別精通，特別是時(shí)序和邏輯的思維習(xí)慣，這也是數(shù)字電路設(shè)計(jì)的高級(jí)境界學(xué)習(xí)方法：FPGA開發(fā)平臺(tái)和開發(fā)流程，對(duì)PLD結(jié)構(gòu)的了解可以提高設(shè)計(jì)的效率和可靠性，如原來(lái)做過(guò)單片機(jī)要變串行思維為并行思維，語(yǔ)言和平臺(tái)是工具，設(shè)計(jì)的核心是時(shí)序和邏輯的物理實(shí)現(xiàn)PLD開發(fā)系統(tǒng)PLD開發(fā)系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分。硬件部分：計(jì)算機(jī)、下載電纜或編程器；軟件部分：集成開發(fā)系統(tǒng)。

Altera公司：MaxplusⅡ、QuartusⅡXilinx公司：Foundation、ISELattice公司：SynarioSystem、ispEXPERTSystem四、PLD設(shè)計(jì)流程設(shè)計(jì)準(zhǔn)備設(shè)計(jì)輸入設(shè)計(jì)處理器件編程功能仿真時(shí)序仿真器件測(cè)試PLD設(shè)計(jì)準(zhǔn)備在設(shè)計(jì)之前，首先要進(jìn)行方案論證和器件選擇等設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作。設(shè)計(jì)者首先要根據(jù)任務(wù)要求，判斷系統(tǒng)的可行性。系統(tǒng)的可行性要受到邏輯要求合理性、成本、開發(fā)條件、器件供應(yīng)等方面的約束。若系統(tǒng)可行，則根據(jù)系統(tǒng)所完成的功能及復(fù)雜程度，對(duì)器件本身的資源和成本、工作速度及連線的可布性等方面進(jìn)行權(quán)衡，選擇合適的設(shè)計(jì)方案和合適的器件類型。設(shè)計(jì)輸入將所設(shè)計(jì)的電路的邏輯功能按照開發(fā)系統(tǒng)要求的形式表達(dá)出來(lái)的過(guò)程稱為設(shè)計(jì)輸入。通常，設(shè)計(jì)輸入有如下三種方式：（1）原理圖輸入方式適用于對(duì)系統(tǒng)及各部分電路很熟悉的場(chǎng)合。（2）硬件描述語(yǔ)言輸入方式硬件描述語(yǔ)言是用文本方式描述設(shè)計(jì)，硬件描述語(yǔ)言有ABEL、AHDL、VHDL、Verilog等，其中VHDL和Verilog已成為IEEE標(biāo)準(zhǔn)。（3）波形輸入方式設(shè)計(jì)處理邏輯優(yōu)化把邏輯描述轉(zhuǎn)變?yōu)樽钸m合在器件中實(shí)現(xiàn)的形式，優(yōu)化使設(shè)計(jì)所占用的資源最少。邏輯綜合根據(jù)設(shè)計(jì)描述，對(duì)給定的硬件結(jié)構(gòu)組件，最終獲得門級(jí)電路甚至更底層的電路描述文件，即將多個(gè)模塊化設(shè)計(jì)文件合并為一個(gè)網(wǎng)表文件。適配確定優(yōu)化后的邏輯能否與器件中的宏單元和I/O單元適配。分割將大的設(shè)計(jì)分割為多個(gè)便于器件內(nèi)部資源實(shí)現(xiàn)的邏輯小塊的形式。設(shè)計(jì)校驗(yàn)設(shè)計(jì)校驗(yàn)過(guò)程包括功能仿真和時(shí)序仿真。

功能仿真時(shí)序仿真器件編程器件編程就是將開發(fā)系統(tǒng)生成的目標(biāo)文件下載到可編程邏輯器件中，來(lái)定義內(nèi)部模塊的邏輯功能以及它們的相互連接關(guān)系。

兩種編程方式：編程器下載電纜PLD開發(fā)系統(tǒng)PLD開發(fā)系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分。硬件部分：計(jì)算機(jī)、下載電纜或編程器；軟件部分：集成開發(fā)系統(tǒng)。

Altera公司：MaxplusⅡ、QuartusⅡXilinx公司：Foundation、ISELattice公司：SynarioSystem、ispEXPERTSystem三、PLD電路設(shè)計(jì)的特點(diǎn)1、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，方便；2、電路系統(tǒng)可以集成在一片芯片上；3、電路設(shè)計(jì)不依賴于器件進(jìn)行設(shè)計(jì)；4、電路系統(tǒng)很容易完善和升級(jí)。器件選擇：（1）電路系統(tǒng)所完成的功能及復(fù)雜程度；（2）器件本身的資源和成本、性能參數(shù)、器件編程工藝等方面進(jìn)行權(quán)衡。外部示意圖內(nèi)部示意圖LIBRARYieee;USEieee.std_logic_1164.all;ENTITYmcu_collectISPORT ( iclk:INSTD_LOGIC; in1:INSTD_LOGIC; in2:INSTD_LOGIC; in3:INSTD_LOGIC; in4:INSTD_LOGIC; in5:INSTD_LOGIC; o1:OUTSTD_LOGIC; o2:OUTSTD_LOGIC; o3:OUTSTD_LOGIC; o4:OUTSTD_LOGIC; o5:OUTSTD_LOGIC); ENDmcu_collect;ARCHITECTUREmcu_collect_architectureOFmcu_collectIS BEGINk1:process(iclk)beginif(rising_edge(iclk))then o1<=in1; o2<=in2; o3<=in3; o4<=in4; o5<=in5;endif;endprocessk1;ENDmcu_collect_architecture;VHDL入門與程序結(jié)構(gòu)第二章結(jié)構(gòu)概述完整的設(shè)計(jì)實(shí)體的最低要求是能被綜合器接受并能作為一個(gè)獨(dú)立設(shè)計(jì)單元（元件）存在的vhdl程序一個(gè)實(shí)用的vhdl程序一般由庫(kù)（library）、實(shí)體（entity）和結(jié)構(gòu)體（archtecture）組成完整的設(shè)計(jì)實(shí)體由內(nèi)部和外部組成，內(nèi)組由實(shí)際功能的描述組成，為不可視部分，外部由實(shí)體名和端口組成，為可視部分。（看實(shí)例）實(shí)例LIBRARYieee;USEieee.std_logic_1164.all;USEieee.std_logic_arith.all;USEieee.std_logic_unsigned.all;ENTITYtest1IS PORT (

iclk:INSTD_LOGIC;

oclk:OUTSTD_LOGIC );

ENDtest1;ARCHITECTUREtest1_architectureOFtest1ISsignalcount:std_logic_vector(30downto0);

BEGINoclk<=count(22);k1:process(iclk)beginifrising_edge(iclk)then count<=count+1;endif;endprocessk1;ENDtest1_architecture;VHDL語(yǔ)言程序的基本構(gòu)成示例庫(kù)、包集合說(shuō)明實(shí)體說(shuō)明構(gòu)造體庫(kù)與包集合用于存放預(yù)先編譯好的程序包（PACKAGE）和數(shù)據(jù)集合體，以便不同的VHDL設(shè)計(jì)使用（注：包集合存在于庫(kù)中）庫(kù)的說(shuō)明總是放在設(shè)計(jì)單元的最前面，如：

LIBRARYieee;前面LIBRARY為關(guān)鍵字，后面ieee為庫(kù)名稱庫(kù)的種類及使用VHDL語(yǔ)言中的庫(kù)分為5類：IEEE庫(kù)、STD庫(kù)、ASIC矢量庫(kù)、WORK庫(kù)和用戶自定義的庫(kù)系統(tǒng)默認(rèn)的庫(kù)存放路徑為：c:\altera\72\quartus\libraris\vhdl除STD庫(kù)和WORK庫(kù)外，其它庫(kù)在使用前必須加以說(shuō)明，同時(shí)還應(yīng)說(shuō)明使用庫(kù)中的具體包集合，如：

LIBRARYieee; USEieee.std_logic_1164.all; USEieee.std_logic_arith.all; USEieee.std_logic_unsigned.all;std_logic_arith與std_logic_unsigned存放在c:\altera\72\quartus\libraris\vhdl\synopsys下的syn_srit.vhd和ayn_unsi.vhd兩文件中庫(kù)的作用范圍庫(kù)的說(shuō)明語(yǔ)名作用范圍是從一個(gè)實(shí)體說(shuō)明開始到它所需結(jié)構(gòu)和配置結(jié)束為止當(dāng)一個(gè)源程序中具有多個(gè)實(shí)體時(shí)，每個(gè)實(shí)體前都應(yīng)加庫(kù)說(shuō)明語(yǔ)句，即使完全一樣也要重復(fù)書寫如下：庫(kù)說(shuō)明在多實(shí)體程序中使用庫(kù)分類介紹IEEE庫(kù)STD庫(kù)ASIC矢量庫(kù)WORK庫(kù)用戶自定庫(kù)

作用：

ENTITY（實(shí)體）用于定義電路的外觀，即I/O端口的類型和數(shù)量。定義格式：Entity

實(shí)體名

is

Port(a：

inbit；

b：inbit；

c：outbit)；End

實(shí)體名;ENTITY定義區(qū)端口名數(shù)據(jù)類型端口模式端口模式（MODE）有以下幾種類型：

IN；OUT；INOUT；BUFFER

端口模式可用下圖說(shuō)明：（黑框代表一個(gè)設(shè)計(jì)或模塊）

INOUTBUFFERINOUTENTITY定義區(qū)VHDL結(jié)構(gòu)要點(diǎn)注意簡(jiǎn)單地說(shuō)

In

不可以出現(xiàn)在<=或:=的左邊

out不可以出現(xiàn)在<=或:=的右邊

buffer可以出現(xiàn)在<=或:=的兩邊In信號(hào)只能被引用,不能被賦值out信號(hào)只能被賦值,不能被引用buffer信號(hào)可以被引用,也可以被賦值VHDL中的注意事項(xiàng)在VHDL語(yǔ)言中，大小寫不加區(qū)分，但在代碼中巧妙應(yīng)用大小寫，可以使代碼變得易于閱讀和規(guī)范實(shí)體名必須與VHDL文件名相同，否則編譯會(huì)出錯(cuò)信號(hào)與變量，過(guò)程與函數(shù)的區(qū)分類屬參數(shù)說(shuō)明類屬參數(shù)說(shuō)明必須放在端口說(shuō)明之前，用于指定參數(shù)LIBRARYieee;USEieee.std_logic_1164.all;USEieee.std_logic_arith.all;USEieee.std_logic_unsigned.all;ENTITYtest_genericIS

GENERIC(m:TIME:=100ns); PORT (

idata:INSTD_LOGIC;

odata:OUTSTD_LOGIC );ENDtest_generic;ARCHITECTUREtest_generic_architectureOFtest_genericISBEGINodata<=idataAFTERm;ENDtest_generic_architecture;端口說(shuō)明端口名是賦于每個(gè)外部引腳的名稱，通常用一個(gè)或幾個(gè)英文字母，或者用英文字母加數(shù)字命名端口方向端口方向是用來(lái)定義外部引腳的信號(hào)方向OUT與BUFFER的區(qū)別端口的數(shù)據(jù)類型端口的數(shù)據(jù)類型一般使用std_logic與std_logic_vectorStd_logic數(shù)據(jù)類型：是位邏輯數(shù)據(jù)類型，其取值只能是兩個(gè)邏輯值‘0’和‘1’中之一Std_logic_vector:是邏輯總線說(shuō)明數(shù)據(jù)類型，取值是一組二進(jìn)制位的值ENTITYtest_genericIS

GENERIC(m:TIME:=100ns); PORT( idata1,idata2,idata3,idata4:INSTD_LOGIC;

odata:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0));ENDtest_generic;Idata1,idata2,idata3,idata4只能取‘0’或‘1’；odata只能取“0000”,“0001”，“0010”，“0011”,“0100”….“1111”

ExempleofENTITYGENERIC所定義的元件叫做參數(shù)化元件，即元件的規(guī)?；蛱匦杂蒅ENERIC的常數(shù)決定，利用GENERIC可以設(shè)計(jì)更加通用的元件，彈性地適應(yīng)不同的應(yīng)用

端口信號(hào)名在實(shí)體之中必須是唯一的，信號(hào)名應(yīng)是合法的標(biāo)識(shí)符分別有IN、OUT、INOUT、BUFFER、LINKAGE

常用的有INTEGER、STD_LOGIC、STD_LOGIC_VECTOR

ARCHITECTURE（構(gòu)造體或結(jié)構(gòu)體）所有能被仿真的實(shí)體都由結(jié)構(gòu)體（ARCHITECTURE）描述，即結(jié)構(gòu)體描述實(shí)體的結(jié)構(gòu)或行為，一個(gè)實(shí)體可以有多個(gè)結(jié)構(gòu)體，每個(gè)結(jié)構(gòu)體分別代表該實(shí)體功能的不同實(shí)現(xiàn)方案結(jié)構(gòu)體格式：

ARCHITECTURE

結(jié)構(gòu)體名

OF

實(shí)體名

IS

[定義語(yǔ)句（元件例化）；]

BEGIN

并行處理語(yǔ)句；

END

結(jié)構(gòu)體名；結(jié)構(gòu)體名是對(duì)本結(jié)構(gòu)體的命名，它是該結(jié)構(gòu)體的惟一名稱，雖然可以由設(shè)計(jì)人員自由命名，但一般都將命名和對(duì)實(shí)體的描述結(jié)合起來(lái),例如:行為描述（BEHAVE）,寄存器傳輸級(jí)（RTL）

ExempleofARCHITECTURE定義語(yǔ)名：置于architecture與begin之間，用于定義結(jié)構(gòu)體中的信號(hào)、常數(shù)、數(shù)據(jù)類型和函數(shù)并行處理語(yǔ)名：置于begin與end之間，具體描述構(gòu)造體的行為與連接關(guān)系，語(yǔ)句的執(zhí)行與書定語(yǔ)名的順序無(wú)關(guān)

構(gòu)造體的子結(jié)構(gòu)子結(jié)構(gòu)的使用使設(shè)計(jì)者可以把整個(gè)電路分成若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模塊來(lái)進(jìn)行描述子結(jié)構(gòu)有：BLOCK，PROCESS，SUBPROGRAMSBLOCK與ARCHITECTURE相當(dāng)于整體原理圖與子原理圖關(guān)系，block結(jié)構(gòu)內(nèi)部語(yǔ)句是并發(fā)的，如希望BLOCK有條件執(zhí)行，可采用衛(wèi)式BLOCK，如下：

ARCHITECTURE的PROCESS子結(jié)構(gòu)PROCESS中的語(yǔ)句是順序執(zhí)行的，一個(gè)結(jié)構(gòu)體中可以有多個(gè)PROCESS，它們之間可以通過(guò)信號(hào)進(jìn)行通信PROCESS的啟動(dòng)受敏感信號(hào)控制，敏感信號(hào)的變化會(huì)直接導(dǎo)致PROCESS的啟動(dòng)進(jìn)程名，可省參數(shù)說(shuō)明：只在本進(jìn)程中有效順序執(zhí)行語(yǔ)句

ARCHITECTURE的SUBPROGRAM子結(jié)構(gòu)與高級(jí)語(yǔ)言中的子程序概念差不多，可以反復(fù)調(diào)用，但不能重入，結(jié)構(gòu)內(nèi)語(yǔ)句為順序執(zhí)行，有Procedure和Function之分多個(gè)過(guò)程和函數(shù)匯集在一起構(gòu)成包集合，幾個(gè)包集合匯集在一起構(gòu)成庫(kù)數(shù)據(jù)類型及運(yùn)算操作符第三章

VHDL中的數(shù)據(jù)對(duì)象在邏輯綜合中，VHDL常用的數(shù)據(jù)對(duì)象有信號(hào)、變量及常量

信號(hào)SIGNAL：為全局變量，定義格式：

SIGNAL

信號(hào)名：

數(shù)據(jù)類型[：=初始值]；

賦值格式：

目標(biāo)信號(hào)名<=表達(dá)式常在結(jié)構(gòu)體中用賦值語(yǔ)句完成對(duì)信號(hào)賦初值的任務(wù)，因?yàn)榫C合器往往忽略信號(hào)聲名時(shí)所賦的值

常量：全局變量，在設(shè)計(jì)中描述某一規(guī)定類型的特定值不變，如利用它可設(shè)計(jì)不同模值的計(jì)數(shù)器，模值存于一常量中，對(duì)不同的設(shè)計(jì)，改變模值僅需改變此常量即可，就如上一章所說(shuō)的參數(shù)化元件。

定義格式：

CONSTANT

常數(shù)名：數(shù)據(jù)類型：=表達(dá)式

變量（VARIABLE）：用于聲明局部值或用于子程序中，變量的賦值符號(hào)為“：=”，

定義格式：

VARIABLE

變量名：

數(shù)據(jù)類型[：=初始值]

VHDL中的信號(hào)與變量信號(hào)是實(shí)際的，是內(nèi)部的一個(gè)存儲(chǔ)元件（SIGNAL）或者是外部輸入（IN、OUT、INOUT、BUFFER）變量是虛的，僅是為了書寫方便而引入的一個(gè)名稱，常用在實(shí)現(xiàn)某種算法的賦值語(yǔ)句當(dāng)中如果在一個(gè)進(jìn)程中多次為一個(gè)信號(hào)賦值，只有最后一個(gè)值會(huì)起作用，這與SIGNAL的硬件特性有關(guān)變量賦值時(shí)，變量的值改變是立即發(fā)生的信號(hào)賦值用“<=”,變量賦值用“：=”數(shù)據(jù)對(duì)象綜合實(shí)例ARCHITECTUREtest_object_architectureOFtest_objectISconstantn:std_logic:='1';signala:std_logic;BEGINk1:process(idata1)variablecount:integerrange0to10:=0;beginifrising_edge(idata1)then count:=count+1; ifcount=1then

odata<=n;

elsifcount=8then count:=0; else

odata<=idata2; endif;endif;endprocessk1;ENDtest_object_architecture;

VHDL的數(shù)據(jù)類型VHDL是一種強(qiáng)類型語(yǔ)言，對(duì)于每一個(gè)常數(shù)、變量、信號(hào)、函數(shù)及設(shè)定的各種參量的數(shù)據(jù)類型（DATA

TYPES）都有嚴(yán)格要求，相同數(shù)據(jù)類型的變量才能互相傳遞和作用，標(biāo)準(zhǔn)定義的數(shù)據(jù)類型都在VHDL標(biāo)準(zhǔn)程序表STD中定義，實(shí)際使用中，不需要用USE語(yǔ)句以顯式調(diào)用

VHDL常用的數(shù)據(jù)類型有三種：標(biāo)準(zhǔn)定義的數(shù)據(jù)類型、IEEE預(yù)定義標(biāo)準(zhǔn)邏輯位與矢量及用戶自定義的數(shù)據(jù)類型標(biāo)準(zhǔn)定義的數(shù)據(jù)類型

Boolean布爾量：取值為FALSE和TRUE

CHARACTER字符：ASCII字符，編程時(shí)用單引號(hào)括起來(lái)，如‘A’

STRING字符串：字符失量，雙引號(hào)括起來(lái)，如“ADFBD”

INTEGER整數(shù)：32位，范圍從-（231-1）到（231-1）；

REAL實(shí)數(shù)：實(shí)數(shù)類型僅能在VHDL仿真器中使用，綜合器不支持

BIT位：取值為0或1；

TIME時(shí)間：范圍從-（231-1）到（231-1），表達(dá)方法包含數(shù)字、（空格）單位兩部分，如（10

PS）；

BIT_VECTOR位矢量：其于BIT數(shù)據(jù)的數(shù)組，使用矢量必須注明寬度，即數(shù)組中的元素個(gè)數(shù)和排列，如SIGNAL

A：

BIT_VECTOR（7

DOWNTO

0）

NATUREAL自然數(shù)：整數(shù)的一個(gè)

POSITIVE正整數(shù)：

SEVRITY

LEVEL錯(cuò)誤等級(jí)：在VHDL仿真器中，錯(cuò)誤等級(jí)用來(lái)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，共有四種可能的狀態(tài)值：NOTE，WARNING，ERROR和FAILURE

IEEE預(yù)定義的標(biāo)準(zhǔn)邏輯位與矢量STD_LOGIC：工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的邏輯類型，取值為‘0’、‘1’、‘Z’、‘X’（強(qiáng)未知）、‘W’（弱未知）、‘L’（弱0）、‘H’（弱1）、‘—’（忽略）、‘U’（未初始化），只有前四種具有實(shí)際物理意義，其他的是為了與模擬環(huán)境相容才保留的STD_LOGIC_VECTOR:工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的邏輯類型集，STD_LOGIC的組合用戶自定義的數(shù)據(jù)類型用戶自定義的數(shù)據(jù)類型有枚舉類型、整數(shù)類型和實(shí)數(shù)類型、數(shù)組類型、記錄類型四種枚舉類型：

TYPE

數(shù)據(jù)類型名

IS

（枚舉文字，枚舉文字，.

.

.

.）整數(shù)類型與實(shí)數(shù)類型是標(biāo)準(zhǔn)包中預(yù)定義的整數(shù)類型的子集，由于綜合器無(wú)法綜合未限定范圍的整數(shù)類型的信號(hào)或變量，故一定要用RANGE子句為所定義整數(shù)范圍限定范圍以使綜合器能決定信號(hào)或變量的二進(jìn)制的位數(shù)。

格式：

TYPE

數(shù)據(jù)類型名

IS

RANGE

約束范圍；數(shù)組類型：數(shù)組是同一類型數(shù)據(jù)集合,記錄內(nèi)元素類型可以不同

TYPE

數(shù)據(jù)類型名

IS

ARRAY（下限

TO

上限）

OF

類型名稱,多維數(shù)組不能生成邏輯電路,只能用于仿真圖形記錄類型：

TYPE

記錄類型名

IS

RECODE

元素名：

數(shù)據(jù)類型名；

元素名：

數(shù)據(jù)類型名；

。。。。。。。。。。。。。

END

RECODE

用戶自定義的數(shù)據(jù)類型舉例RANGE<>其范圍一般由調(diào)用者傳遞的參數(shù)決定用戶自定義的子類型對(duì)已定義類型作一些范圍限制(也可以與原數(shù)據(jù)類型完全一致),定義格式為:

SUBTYPE子類型名IS數(shù)據(jù)類型名(范圍)數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換VHDL中,不同數(shù)據(jù)類型不能直接進(jìn)行運(yùn)算和代入,要進(jìn)行運(yùn)算或代入必需對(duì)類型進(jìn)行轉(zhuǎn)換,使之一致

BIT_VECTOR與STD_LOGIC_VECTOR代入STD_LOGIC_VECTOR的值只能是二進(jìn)制,代入BIT_VECTOR的值除二進(jìn)制外還可以是八進(jìn)制和十六進(jìn)制數(shù)據(jù)類型的限定VHDL中有時(shí)可以用上下文關(guān)系來(lái)判斷某一數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型,如果不能判斷出來(lái),就必需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行類型限定,類似C中的強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換運(yùn)算符運(yùn)算符的使用邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、關(guān)系運(yùn)算的左右以及代入的數(shù)據(jù)類型一定要相同VHDL中左右沒有優(yōu)先級(jí)的差異,如

x<=(aANDb)OR(NOTcANDd)能真正綜合的算術(shù)運(yùn)算符只有“+”，“-”，“*”；“MOD”，“REM”，“/”分母是2乘方時(shí)可綜合，由于硬件特性，后4種應(yīng)慎用，最好作適當(dāng)變通“《=”應(yīng)通過(guò)上下文關(guān)系判定是關(guān)系運(yùn)算符還是代入符位的連接也可以采用集合的方式，把并置符改成“，”即可，如：temp_4<=(‘1’，‘0’，‘1’，‘0’);其中temp_4為4位寬的位失量，但這種方式不能用于位失量連接，如：temp_4<=(temp_2,temp_2);就是錯(cuò)誤的Vhdl順序語(yǔ)句第四章描述語(yǔ)句分類順序描述語(yǔ)句和并發(fā)描述語(yǔ)句是ＶＨＤＬ程序設(shè)計(jì)中兩大基本描述語(yǔ)句系列順序描述語(yǔ)名只出現(xiàn)在PROCESS和SUBPROGRAM中，語(yǔ)句按出現(xiàn)的次序加以執(zhí)行對(duì)于FPGA搭建的應(yīng)用系統(tǒng)，元件在定義的仿真時(shí)該應(yīng)該是并發(fā)工作的，并發(fā)語(yǔ)句就用于表示這種并發(fā)行為順序語(yǔ)句順序描述語(yǔ)句只能出現(xiàn)在進(jìn)程（Process）或子程序中，它定義進(jìn)程或子程序所執(zhí)行的算法。順序描述語(yǔ)句按這些語(yǔ)句在進(jìn)程或子程序中出現(xiàn)的順序執(zhí)行，這一點(diǎn)與高級(jí)語(yǔ)言類似。

VHDL中常用的順序描述語(yǔ)句包括：信號(hào)和變量賦值、Wait、If、Case、Loop、Next、Exit、斷言語(yǔ)句、過(guò)程調(diào)用語(yǔ)句、空語(yǔ)句等。進(jìn)程（Process）所有的順序描述語(yǔ)句都只能在進(jìn)程(process)中使用，進(jìn)程內(nèi)是順序執(zhí)行，進(jìn)程與進(jìn)程之間是并發(fā)的，有點(diǎn)類似于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)中“進(jìn)程”的概念。Process語(yǔ)句的格式：

[進(jìn)程名]：Process（敏感信號(hào)列表）

Begin

順序描述語(yǔ)句；

EndProcess;

Process語(yǔ)句從Process開始，到End

Process結(jié)束，進(jìn)程名可以省略。功能相對(duì)獨(dú)立的模塊可以用一個(gè)進(jìn)程來(lái)描述。進(jìn)程（Process）

Process語(yǔ)句的格式：例1：

Entitymux2Is

Port

(a,b:Instd_logic;

s：In

std_logic;

f：Out

std_logic);

Endmux2；

ArchitecturebehaviorOfmux2Is

Begin

mux2:Process(a,b,s)

Begin

If(s=‘0’)Thenf<=a;

Elsef<=b;

EndIf;

EndProcess;

Endbehavior;進(jìn)程（Process）

Process的啟動(dòng)和敏感信號(hào)列表：進(jìn)程在仿真運(yùn)行中，總是處于兩個(gè)狀態(tài)之一：執(zhí)行或掛起。初始啟動(dòng)時(shí)，進(jìn)程處于執(zhí)行狀態(tài)，進(jìn)程中的順序語(yǔ)句從前向后逐句執(zhí)行一遍，即從Process執(zhí)行到EndProcess之前。當(dāng)最后一條語(yǔ)句執(zhí)行完后，返回到進(jìn)程開始的Process語(yǔ)句，進(jìn)程處于掛起狀態(tài)。此時(shí)，只要該進(jìn)程的敏感信號(hào)列表中任何一個(gè)信號(hào)發(fā)生變化(即信號(hào)的值發(fā)生變化，如從“1”變到“0”或從“0”變到“1”)，進(jìn)程又再次處于執(zhí)行狀態(tài)。然后，再掛起，再執(zhí)行，一直循環(huán)下去，直到仿真結(jié)束。從硬件方面來(lái)看，一個(gè)Process相當(dāng)于一個(gè)電路模塊，它的敏感信號(hào)列表指明了所有能引起該電路模塊狀態(tài)發(fā)生改變的信號(hào)。例1中mux2進(jìn)程的敏感信號(hào)列表是(a，b，s)，三個(gè)信號(hào)中的任何一個(gè)發(fā)生變化，都引起進(jìn)程重新執(zhí)行。從硬件特性來(lái)看，二選一電路的a，b，s輸入的變化都可能引起輸出發(fā)生變化。進(jìn)程（Process）

Process的啟動(dòng)和敏感信號(hào)列表：敏感信號(hào)列表對(duì)于進(jìn)程至關(guān)重要，它是進(jìn)程描述的一個(gè)重要組成部分。一般來(lái)說(shuō)，如果描述的是組合電路模塊，那么敏感信號(hào)列表必須包括所有的輸入信號(hào)；否則，在綜合時(shí)會(huì)出錯(cuò)，在仿真時(shí)將導(dǎo)致一個(gè)錯(cuò)誤的結(jié)果。如果描述的是時(shí)序電路模塊，那么敏感信號(hào)列表只需要包括時(shí)鐘信號(hào)和異步清零／置位信號(hào)。因?yàn)?，觸發(fā)器的輸出只在時(shí)鐘上升／下降沿才會(huì)改變。在一個(gè)結(jié)構(gòu)體里可以有多個(gè)Process語(yǔ)句，這些Process之間可以通過(guò)一些信號(hào)相互聯(lián)系。在一個(gè)Process的執(zhí)行中，某個(gè)信號(hào)的值發(fā)生改變，它會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)(或幾個(gè))進(jìn)程的重新執(zhí)行，如此構(gòu)成所有進(jìn)程的反復(fù)執(zhí)行。進(jìn)程（Process）中的順序語(yǔ)句

信號(hào)和變量的賦值：信號(hào)的賦值語(yǔ)句格式：目標(biāo)信號(hào)名<=表達(dá)式;例2：

c<=‘1’;

q<=“010010”;

q(1)<=‘1’;

q(3downto1)<=“001”;

a<=b;

s<=axorb;

x<=y+z;需要特別注意的是：VHDL是強(qiáng)類型語(yǔ)言，左邊的信號(hào)量和右邊的表達(dá)式的類型和位長(zhǎng)度都必須一致，否則將出錯(cuò)。進(jìn)程（Process）中的順序語(yǔ)句

信號(hào)和變量的賦值：變量的賦值語(yǔ)句格式：目標(biāo)變量名:=表達(dá)式;例3：

v:=‘1’;

s:=“010010”；變量賦值的符號(hào)與信號(hào)賦值的符號(hào)不同，表達(dá)式與信號(hào)賦值的表達(dá)式寫法是完全一樣的。變量與信號(hào)有明顯的區(qū)別：變量只在定義它的進(jìn)程和子程序內(nèi)有效，無(wú)法傳遞到進(jìn)程之外；而信號(hào)在定義它的結(jié)構(gòu)體內(nèi)有效。賦給變量的值立即成為當(dāng)前值；而賦給信號(hào)的值必須在進(jìn)程結(jié)束后才能成為當(dāng)前值。進(jìn)程（Process）中的順序語(yǔ)句

轉(zhuǎn)向控制語(yǔ)句：條件控制語(yǔ)句——If語(yǔ)句：

IF語(yǔ)句的基本格式：

If條件Then

If條件Then順序描述語(yǔ)句; 順序描述語(yǔ)句;

Else

EndIf;順序描述語(yǔ)句;

EndIf;

進(jìn)程（Process）中的順序語(yǔ)句

轉(zhuǎn)向控制語(yǔ)句：條件控制語(yǔ)句——If語(yǔ)句：例4：EntitydffIs

Port(d：Instd_logic；clk:In

std_logic；

q:Outstd_logic);Enddff;ArchitecturebehaviorOfdffIs

Begin

Process(clk)

Begin

If(clk'eventandclk＝’l’)Then

q<=d;

EndIf;

EndProcess;Endbehavior;進(jìn)程（Process）中的順序語(yǔ)句

轉(zhuǎn)向控制語(yǔ)句：條件控制語(yǔ)句——Case語(yǔ)句：

Case語(yǔ)句的基本格式：

Case表達(dá)式Is

When條件表達(dá)式1=>順序描述語(yǔ)句；

When條件表達(dá)式2=>順序描述語(yǔ)句；

...

When條件表達(dá)式n=>順序描述語(yǔ)句；

EndCase;

Case語(yǔ)句的各個(gè)條件表達(dá)式之間沒有優(yōu)先級(jí)，所以，給定的條件表達(dá)式不能有重疊，否則將無(wú)法確定執(zhí)行哪一個(gè)分支。而且，如果沒有列舉出Case和Is之間的表達(dá)式的全部取值，則Whenothers=>必不可少。

條件表達(dá)式可以是以下格式：When值=>When值1|值2|...|值n=>When值ito值j=>Whenothers=>它們分別表示條件表達(dá)式的值是某個(gè)確定的值、多個(gè)值中的一個(gè)、一個(gè)取值范圍中的一個(gè)和其他所有的默認(rèn)值。進(jìn)程（Process）中的順序語(yǔ)句

轉(zhuǎn)向控制語(yǔ)句：

Case語(yǔ)句和If語(yǔ)句的區(qū)別：在大多數(shù)情況下，能用Case語(yǔ)句描述的邏輯電路，同樣也可以用多條件If語(yǔ)句來(lái)描述。但有時(shí)能用If語(yǔ)句描述的邏輯電路，卻不能用Case語(yǔ)句描述。通常在Case語(yǔ)句中，條件表達(dá)式(When語(yǔ)句)可以顛倒次序，不致于發(fā)生錯(cuò)誤。但對(duì)于多條件的If語(yǔ)句，卻不能顛倒條件的次序。因?yàn)樵贑ase語(yǔ)句中，條件表達(dá)式是沒有優(yōu)先級(jí)的，而多條件的If語(yǔ)句的條件是有優(yōu)先級(jí)的。在If語(yǔ)句中，最前面的條件其優(yōu)先級(jí)最高，越往后優(yōu)先級(jí)越低，也就是說(shuō)，先處理最起始的條件；如果不滿足，再處理下一個(gè)條件。而在Case語(yǔ)句中，所有值的判定是并行處理的。例如，優(yōu)先級(jí)編碼器可以用If語(yǔ)句來(lái)描述，但不可以用Case語(yǔ)句描述。進(jìn)程（Process）中的順序語(yǔ)句

轉(zhuǎn)向控制語(yǔ)句：例5（8位優(yōu)先編碼器）：EntitypriorityIs

port(I:inbit_vector(7downto0);A:outbit_vector(2downto0);--encodedoutputGS:outbit);--groupsignaloutputEndpriority;Architecturev1OfpriorityIsBegin

process(I)beginGS<='1';--setdefaultoutputsA<="000";

IfI(7)='1'thenA<="111";

ElsifI(6)='1'thenA<="110";

ElsifI(5)='1'thenA<="101";

ElsifI(4)='1'thenA<="100";

ElsifI(3)='1'thenA<="011";

ElsifI(2)='1'thenA<="010";

ElsifI(1)='1'thenA<="001";

ElsifI(0)='1'thenA<="000";ElseGS<='0';Endif;Endprocess;Endv1;進(jìn)程（Process）中的順序語(yǔ)句

轉(zhuǎn)向控制語(yǔ)句：循環(huán)控制語(yǔ)句——For循環(huán)：

For循環(huán)語(yǔ)句的基本格式：

[標(biāo)號(hào):]For循環(huán)變量in循環(huán)次數(shù)范圍Loop順序描述語(yǔ)句;

End

Loop

[標(biāo)號(hào)];這里，標(biāo)號(hào)是可以省略的；循環(huán)變量是整數(shù)型變量，它不需要在結(jié)構(gòu)體或進(jìn)程中定義，在循環(huán)體(由順序描述語(yǔ)句構(gòu)成)中不能通過(guò)信號(hào)或變量給循環(huán)變量賦值。進(jìn)程（Process）中的順序語(yǔ)句

轉(zhuǎn)向控制語(yǔ)句：例6

For循環(huán)（奇偶校驗(yàn)電路）：Entityparity_checkerIs

Port(data：Instd_logic_vector(7downtoO);

p:Outstd_logic);Endparity_checker;ArcLitecturebehaviorOfparity_checkerIs

Begin

Process(data)

Variabletmp:std_logic;

Begin

tmp:=‘0’;

Foriin7downto

0Loop

tmp:=tmp

xor

data(i);

EndLoop；

p<=tmp;

EndProcess;Endbehavior;進(jìn)程（Process）中的順序語(yǔ)句轉(zhuǎn)向控制語(yǔ)句：循環(huán)控制語(yǔ)句——While循環(huán)：

While循環(huán)語(yǔ)句的基本格式：

[標(biāo)號(hào):]While條件Loop順序描述語(yǔ)句;

End

Loop

[標(biāo)號(hào)];這里，當(dāng)條件為“真”時(shí)，執(zhí)行循環(huán)體中的語(yǔ)句；如果條件為“假”時(shí)，則結(jié)束循環(huán)。在循環(huán)體內(nèi)，必須包含條件式中判別變量的賦值語(yǔ)句，否則會(huì)形成死循環(huán)。實(shí)際上，固定次數(shù)的循環(huán)一般用For循環(huán)，不定次數(shù)的循環(huán)用While循環(huán)比較方便。但在進(jìn)行需要綜合的電路描述時(shí)，不定次數(shù)的循環(huán)較難控制，所以，一般不用While循環(huán)。進(jìn)程（Process）中的順序語(yǔ)句

轉(zhuǎn)向控制語(yǔ)句：

Next語(yǔ)句：

Next語(yǔ)句的基本格式：

Next[標(biāo)號(hào)]

[When條件];

Next語(yǔ)句用于從循環(huán)體跳出本次循環(huán)。執(zhí)行到該語(yǔ)句時(shí)，如果條件為“真”時(shí)，將結(jié)束本次循環(huán)，跳到“標(biāo)號(hào)”規(guī)定的語(yǔ)句，開始下次循環(huán)。如果標(biāo)號(hào)省略，則表示跳到本層循環(huán)的起始位置，開始下一次循環(huán)。如果標(biāo)號(hào)不省略，則可以跳到多層嵌套循環(huán)的指定外層循環(huán)起始處。如果“When條件”省略，則執(zhí)行到Next語(yǔ)句時(shí)無(wú)條件結(jié)束本次循環(huán)。如果“When條件”不省略，則條件為True時(shí)，結(jié)束本次循環(huán)。進(jìn)程（Process）中的順序語(yǔ)句

轉(zhuǎn)向控制語(yǔ)句：

Exit語(yǔ)句：

Exit語(yǔ)句的基本格式：

Exit[標(biāo)號(hào)]

[When條件];

Exit語(yǔ)句用于結(jié)束循環(huán)。執(zhí)行到該語(yǔ)句時(shí)，如果條件為“真”時(shí)，將結(jié)束循環(huán)，跳到“標(biāo)號(hào)”規(guī)定的語(yǔ)句。如果標(biāo)號(hào)省略，則表示跳到EndLoop語(yǔ)句的后繼位置，開始向后執(zhí)行。如果標(biāo)號(hào)不省略，則可以跳到多層嵌套循環(huán)的指定外層循環(huán)起始處。如果“When條件”省略，則執(zhí)行到Next語(yǔ)句時(shí)無(wú)條件結(jié)束循環(huán)。如果“When條件”不省略，則條件為True時(shí)，結(jié)束循環(huán)。進(jìn)程（Process）中的順序語(yǔ)句

轉(zhuǎn)向控制語(yǔ)句：

Next語(yǔ)句和Exit語(yǔ)句的區(qū)別：

Next只結(jié)束本次循環(huán)，開始下一次循環(huán)；而Exit語(yǔ)句結(jié)束整個(gè)循環(huán)，跳出循環(huán)體外。進(jìn)程（Process）中的順序語(yǔ)句

Wait等待語(yǔ)句（進(jìn)程掛起語(yǔ)句）：進(jìn)程的狀態(tài)還可以通過(guò)Wait語(yǔ)句來(lái)控制，當(dāng)進(jìn)程執(zhí)行到Wait語(yǔ)句時(shí)，將被掛起，并設(shè)置好再次執(zhí)行的條件?？梢允菬o(wú)限等待(Wait)或有限等待。有限等待的條件可以是：等待一段時(shí)間(WaitFor)、等待某些信號(hào)發(fā)生變化(Waiton)、等待某個(gè)條件滿足(WaitUntil)，這幾個(gè)條件還可以組合成一個(gè)復(fù)合條件。進(jìn)程（Process）中的順序語(yǔ)句

Wait等待語(yǔ)句（進(jìn)程掛起語(yǔ)句）：

Waiton語(yǔ)句格式：

Waiton信號(hào)列表；信號(hào)列表可以包括一個(gè)或多個(gè)信號(hào)，信號(hào)列表中的任何一個(gè)信號(hào)的值發(fā)生變化，進(jìn)程將結(jié)束掛起狀態(tài)，進(jìn)入執(zhí)行狀態(tài)，執(zhí)行Waiton語(yǔ)句后面的語(yǔ)句。如：

Waitona，b，s;它等待信號(hào)a、b、s中的任何一個(gè)發(fā)生變化。進(jìn)程（Process）中的順序語(yǔ)句

Wait等待語(yǔ)句（進(jìn)程掛起語(yǔ)句）：例7：Entitymux2Is

Port(a,b:Instd_logic;

s：Instd_logic;

f：Outstd_logic);Endmux2；ArchitecturebehaviorOfmux2IsBegin

mux2:Process(a,b,s)

Begin

If(s=‘0’)Thenf<=a;

Elsef<=b;

EndIf;

EndProcess;Endbehavior;mux2:Process()Begin

If(s=‘0’)Thenf<=a;

Elsef<=b;

EndIf;

Waitona,b,s;EndProcess;進(jìn)程（Process）中的順序語(yǔ)句

Wait等待語(yǔ)句（進(jìn)程掛起語(yǔ)句）：

WaitUntil語(yǔ)句格式：

WaitUntil布爾表達(dá)式；當(dāng)布爾表達(dá)式為“真”時(shí)，進(jìn)程將結(jié)束掛起狀態(tài)，進(jìn)入執(zhí)行狀態(tài)，執(zhí)行WaitUntil語(yǔ)句的后繼語(yǔ)句。如：

WaitUntila＝’1’;此時(shí)，當(dāng)信號(hào)量a的值不是’1’時(shí)，進(jìn)程執(zhí)行到該語(yǔ)句將被掛起，當(dāng)a的值為’1’時(shí)進(jìn)程再次被啟動(dòng)，繼續(xù)執(zhí)行Wait語(yǔ)句的后繼語(yǔ)句。進(jìn)程（Process）中的順序語(yǔ)句Wait等待語(yǔ)句（進(jìn)程掛起語(yǔ)句）：

WaitFor語(yǔ)句格式：

WaitFor時(shí)間表達(dá)式；如：

WaitFor30ns;

WaitFor語(yǔ)句只能仿真時(shí)使用，不能被綜合。進(jìn)程（Process）中的順序語(yǔ)句

Wait等待語(yǔ)句（進(jìn)程掛起語(yǔ)句）：復(fù)合Wait語(yǔ)句：例如：

Waitonclkuntilclk=‘1’;該語(yǔ)句等待到clk信號(hào)的值發(fā)生變化，而且clk的值為‘1’（即clk從‘0’變到‘1’時(shí))，進(jìn)程將結(jié)束掛起狀態(tài)，進(jìn)入執(zhí)行狀態(tài)，執(zhí)行該語(yǔ)句的后繼語(yǔ)句。編程時(shí)注意等待條件的判別，不要出現(xiàn)“死鎖”狀態(tài)（即無(wú)限期等待）。進(jìn)程（Process）中的順序語(yǔ)句

空操作語(yǔ)句：格式：

Null；進(jìn)程（Process）中的順序語(yǔ)句

斷言語(yǔ)句Assert：

Assert語(yǔ)句的格式是：

Assert條件[report輸出信息]

[severity級(jí)別]斷言語(yǔ)句主要作為仿真和調(diào)試中的人－機(jī)會(huì)話，可以給出一個(gè)文字串作為警告和錯(cuò)誤提示信息。當(dāng)執(zhí)行Assert語(yǔ)句時(shí)，就會(huì)對(duì)條件進(jìn)行判別。如果條件為“真”，則執(zhí)行下一條語(yǔ)句；如果條件為“假”，則輸出由report指定的輸出信息和由severity指定的錯(cuò)誤級(jí)別。在report后面跟的是設(shè)計(jì)者所寫的文字串，通常是說(shuō)明錯(cuò)誤的原因，文字串應(yīng)該用雙引號(hào)“”引起來(lái)。斷言語(yǔ)句不是一條可綜合語(yǔ)句，僅僅是為了仿真的方便。進(jìn)程（Process）中的順序語(yǔ)句

斷言語(yǔ)句Assert：例：

Assert

(B＝’1’)

report”Btimedoutat

’1’”;

severityerror;

該斷言語(yǔ)句的條件是信號(hào)量B＝’1’。如果執(zhí)行到該語(yǔ)句時(shí)，信號(hào)量B＝’0’，說(shuō)明條件不滿足，就會(huì)輸出report后跟的文字串。該文字串說(shuō)明，出現(xiàn)了超時(shí)等待錯(cuò)誤。severity后跟的錯(cuò)誤級(jí)別告訴操作人員，其出錯(cuò)級(jí)別為error。第五章Vhdl并行語(yǔ)句并發(fā)信號(hào)賦值語(yǔ)句

注意：信號(hào)賦值語(yǔ)句在順序語(yǔ)句里面也有，順序語(yǔ)句里可以給信號(hào)賦值也可以給變量賦值，而順序語(yǔ)句里只能對(duì)變量說(shuō)明，不能對(duì)信號(hào)說(shuō)明。并行語(yǔ)句剛好相反為什么變量不能在并行語(yǔ)句里面說(shuō)明呢？為什么信號(hào)不能在順序語(yǔ)句里面說(shuō)明呢？并發(fā)語(yǔ)句信號(hào)是全局的，變量是局部的

賦值方式一：信號(hào)名<=表達(dá)式賦值方式二（條件信號(hào)賦值）：目標(biāo)信號(hào)<=表達(dá)式1

WHEN

條件1

ELSE

表達(dá)式2

WHEN

條件2

ELSE

表達(dá)式3

WHEN

條件3

ELSE

表達(dá)式4注意：用條件信號(hào)賦值，只有當(dāng)用進(jìn)程、IF和CASE難以對(duì)電路進(jìn)行描述時(shí)才用；條件信號(hào)賦值語(yǔ)句ELSE是必須的、不能進(jìn)行嵌套且必須用在結(jié)構(gòu)體中的進(jìn)程之外

賦值方式三（選擇信號(hào)賦值）：WITH

選擇條件表達(dá)式

SELECT

目標(biāo)信號(hào)<=信號(hào)表達(dá)式1

WITH

選擇條件1

信號(hào)表達(dá)式2

WITH

選擇條件2

信號(hào)表達(dá)式3

WITH

選擇條件3

信號(hào)表達(dá)式4

WITH

OTHERS

注意：選擇信號(hào)賦值語(yǔ)句必須用在結(jié)構(gòu)體中的進(jìn)程之外

并發(fā)信號(hào)賦值語(yǔ)句的三種形式并發(fā)語(yǔ)句

塊語(yǔ)句在VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)中，塊語(yǔ)句常常用來(lái)對(duì)比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體作結(jié)構(gòu)化描述，格式如下

[塊標(biāo)號(hào)：]

BLOCK

[衛(wèi)式表達(dá)式]

[類屬子句；]

[端口子句；]

[塊說(shuō)明部分；]

BEGIN

<塊語(yǔ)句說(shuō)明部分；>

END

BLOCK[塊標(biāo)號(hào)]；

衛(wèi)式表達(dá)式：是一個(gè)布爾條件表達(dá)式，只有當(dāng)這個(gè)表達(dá)式為TURE時(shí)，BLOCK語(yǔ)句才被執(zhí)行；

類屬子句：塊的屬性說(shuō)明

塊說(shuō)明部分：用于定義USE、子程序、數(shù)據(jù)類型、子類型、常量、信號(hào)和元件

塊語(yǔ)句說(shuō)明部分：用于描述塊的具體功能，可以包含結(jié)構(gòu)塊中的任何并行語(yǔ)句結(jié)構(gòu)。

注：塊語(yǔ)句的作用就是將一個(gè)大的結(jié)構(gòu)劃成一塊一塊小的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)比較流行原理圖和元件的方式，這樣更為簡(jiǎn)潔直觀并發(fā)語(yǔ)句進(jìn)程語(yǔ)句進(jìn)程語(yǔ)句是一種應(yīng)用廣泛的并行語(yǔ)句，一個(gè)結(jié)構(gòu)體中可以包括一個(gè)或者多個(gè)進(jìn)程語(yǔ)句，結(jié)構(gòu)體中的進(jìn)程語(yǔ)句是并發(fā)關(guān)系，即各個(gè)進(jìn)程是同時(shí)處理的、并行執(zhí)行的；但在每一個(gè)進(jìn)程語(yǔ)句結(jié)構(gòu)中，組成進(jìn)程的各個(gè)語(yǔ)句都是順序執(zhí)行，在進(jìn)程語(yǔ)句中是不能用并行語(yǔ)句的。

格式

[進(jìn)程標(biāo)號(hào)：]PROCESS

[敏感信號(hào)表]

[IS][進(jìn)程語(yǔ)句說(shuō)明部分；]

BEGIN

<順序語(yǔ)句部分>

END

PROCESS[進(jìn)程標(biāo)號(hào)]；

注：

1、

敏感信號(hào)表列出了進(jìn)程語(yǔ)句敏感的所有信號(hào)，每當(dāng)其中的一個(gè)信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，就會(huì)引起其他語(yǔ)句的執(zhí)行，如果敏感信號(hào)表不寫，那么在PROCESS里面必須有WAIT語(yǔ)句，由WAIT語(yǔ)句來(lái)產(chǎn)生對(duì)信號(hào)的敏感；而當(dāng)敏感信號(hào)表存在時(shí)，就不能在PROCESS里再有WAIT語(yǔ)句；

2、

IS可有可無(wú)，是由93版規(guī)定的

3、

進(jìn)程語(yǔ)句說(shuō)明部分是進(jìn)程語(yǔ)句的一個(gè)說(shuō)明區(qū)，它主要用來(lái)定義進(jìn)程語(yǔ)句所需要的局部數(shù)據(jù)環(huán)境，包括數(shù)據(jù)類型說(shuō)明、子程序說(shuō)明和變量說(shuō)明。

4、

進(jìn)程語(yǔ)句有兩種存在狀態(tài)，一是等待，當(dāng)敏感信號(hào)沒有發(fā)生變化時(shí)；一是執(zhí)行，當(dāng)敏感信號(hào)變化時(shí)。

5、時(shí)鐘信號(hào)自動(dòng)進(jìn)入敏感表

并發(fā)語(yǔ)句子程序調(diào)用語(yǔ)句子程序分為函數(shù)和過(guò)程，它們的定義屬于說(shuō)明語(yǔ)句，均可在順序語(yǔ)句和并行語(yǔ)句里面使用，它們的調(diào)用方法不一樣。

函數(shù)只有一個(gè)返回值，用于賦值，可以說(shuō)在信號(hào)賦值的時(shí)候就是對(duì)函數(shù)的調(diào)用；

過(guò)程有很多個(gè)返回值，用于進(jìn)行處理，準(zhǔn)確的來(lái)說(shuō)子程序調(diào)用語(yǔ)句就是過(guò)程調(diào)用語(yǔ)句。并發(fā)語(yǔ)句

參數(shù)傳遞語(yǔ)句參數(shù)傳遞語(yǔ)句即在實(shí)體中定義的GENERIC，可以描述不由材料和不同工藝構(gòu)成的相同元件或模塊的性能參數(shù)（如延時(shí)），在定義了GENERIC的實(shí)體叫參數(shù)化實(shí)體，由參數(shù)化實(shí)體形成的元件在例化時(shí)具有很大的適應(yīng)性，在不同的環(huán)境下，只須用GENERIC

MAP來(lái)修改參數(shù)就可以了使用時(shí)，在對(duì)元件例化時(shí)加在里面就可，比如已經(jīng)定義了一個(gè)AND2的實(shí)體，要在EXAMPLE里面使用AND2，要先對(duì)AND2進(jìn)行元件聲明，再將AND2例化，如下：

u0：

AND2

GENERIC

MAP（參數(shù)值1，參數(shù)值2）

PORT

MAP（參數(shù)表）

并發(fā)語(yǔ)句

元件例化語(yǔ)句一個(gè)實(shí)體就相當(dāng)于元件，元件名就相當(dāng)于實(shí)體名，元件要實(shí)現(xiàn)的功能在實(shí)體里面就已經(jīng)描述好，比如，同一個(gè)文件夾下已經(jīng)有一個(gè)名為A.VHD的文件，如果要在另一個(gè)文件B.VHD里面用到A.VHD里面定義的功能，那么可以在B.VHD文件里面通過(guò)元件聲明和元件例化來(lái)調(diào)用A這個(gè)元件，總的來(lái)說(shuō)調(diào)用元件過(guò)程就是“建立元件----元件聲明------元件例化”，元件調(diào)用時(shí)不用USE語(yǔ)句。注：元件聲明語(yǔ)句屬說(shuō)明語(yǔ)句，不是同步語(yǔ)句，以下對(duì)元聲的說(shuō)明是為了更好地了解元件的調(diào)用，元件的實(shí)例化之前必須要有元件聲明

元件聲明語(yǔ)句格式

COMPONENT

<元件名>

——元件名就是文件名，即是實(shí)體名

[GENERIC

<參數(shù)說(shuō)明>；]

——這就是所產(chǎn)的元件參數(shù)

PORT<端口說(shuō)明>；

END

COMPONENT；

元件例化格式：

元件符：元件名

GENERIC

MAP

（參數(shù)表）

PORT

MAP（端口表）

并發(fā)語(yǔ)句元件例化語(yǔ)句實(shí)例并發(fā)語(yǔ)句元件聲明元件例化并行斷言語(yǔ)句前面已經(jīng)說(shuō)過(guò)順序斷言語(yǔ)句，這里的斷言語(yǔ)句是并行的，可以放在實(shí)體說(shuō)明、結(jié)構(gòu)體和塊語(yǔ)句中使用，可以放在任何要觀察和調(diào)試的點(diǎn)上，而順序斷言語(yǔ)句只能在進(jìn)程、函數(shù)和過(guò)程中使用其實(shí)斷言語(yǔ)句的順序使用格式和并行使用格式是一樣的，因此斷言語(yǔ)句是可以應(yīng)用在任何場(chǎng)所的，格式請(qǐng)看順序的說(shuō)明

并發(fā)語(yǔ)句思考：是不是所有的VHDL語(yǔ)句都可以歸結(jié)為順序語(yǔ)句和并行語(yǔ)句呢？

可以把VHDL語(yǔ)句分為三大類：順序語(yǔ)句、并行語(yǔ)句和說(shuō)明語(yǔ)句，其中說(shuō)語(yǔ)句在沒有調(diào)用之前是不會(huì)參與執(zhí)行的，如：元件和函數(shù)說(shuō)明，在元件實(shí)例化和函數(shù)調(diào)用前是不參與執(zhí)行的三類語(yǔ)句的關(guān)系是順語(yǔ)句可以用在并行語(yǔ)句和說(shuō)明語(yǔ)句當(dāng)中；說(shuō)明語(yǔ)句可以用在并行語(yǔ)句當(dāng)中；而并行語(yǔ)句是不能用在其他語(yǔ)句當(dāng)中，可以說(shuō)并行語(yǔ)句屬于一種高級(jí)形態(tài)，是語(yǔ)句的最終形態(tài)過(guò)程和函數(shù)有什么區(qū)別？過(guò)程可以具有多個(gè)返回值（準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)不是返回值，而是這些信號(hào)在過(guò)程之中被改變），函數(shù)只有一個(gè)返回值過(guò)程通常用來(lái)定義一個(gè)算法，而函數(shù)用來(lái)產(chǎn)生一個(gè)具有特定意義的值過(guò)程中的形式參數(shù)可以有三種通信模式（輸入、輸出、雙向），而函數(shù)中的形參只能是輸入通信模式（因?yàn)楹瘮?shù)是用來(lái)產(chǎn)生一個(gè)值的）過(guò)程中可以使用賦值語(yǔ)句或WAIT語(yǔ)句，而函數(shù)不可（因?yàn)檫^(guò)程是用來(lái)處理的）第六章Vhdl的描述風(fēng)格VHDL語(yǔ)言的構(gòu)造體描述方式行為描述方式數(shù)據(jù)流描述方式(寄存器傳輸描述RTL)結(jié)構(gòu)描述方式行為描述方式所謂行為描述,就是對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)體的數(shù)學(xué)模型的描述,其抽象程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于數(shù)據(jù)流描述方式和結(jié)構(gòu)描述方式.行為描述類似于高級(jí)編程語(yǔ)言,當(dāng)要描述一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)體的行為時(shí),無(wú)須知道具體電路的結(jié)構(gòu),只需要用一組狀態(tài)來(lái)描述即可.行為描述的優(yōu)點(diǎn)在于只需要描述清楚輸入與輸出的行為,而不需要花費(fèi)更多的精力關(guān)注設(shè)計(jì)功能的門級(jí)實(shí)現(xiàn).數(shù)據(jù)流描述方式數(shù)據(jù)流描述是對(duì)從信號(hào)到信號(hào)的數(shù)據(jù)流的路徑形式進(jìn)行描述,因此很容易進(jìn)行邏輯綜合.由于要對(duì)信號(hào)的流動(dòng)路徑進(jìn)行描述,因此要求設(shè)計(jì)人員對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)體的功能實(shí)現(xiàn)要有一定的了解,有時(shí)候還需要對(duì)內(nèi)部電路有清楚的認(rèn)識(shí),具有一定的難度.結(jié)構(gòu)描述方式結(jié)構(gòu)描述方式就是在多層次的設(shè)計(jì)中,通過(guò)調(diào)用庫(kù)中的元件或是已設(shè)計(jì)好的模塊來(lái)完成設(shè)計(jì)實(shí)體功能的描述.在結(jié)構(gòu)體中,描述只表示元件(或模塊)和元件(或模塊)之間的互連,就像網(wǎng)表一樣.當(dāng)引用庫(kù)中不存在的元件時(shí),必須首先進(jìn)行元件的創(chuàng)建,然后將其放在工作庫(kù)中,通過(guò)調(diào)用工作庫(kù)來(lái)引用元件.在引用元件時(shí),要先在結(jié)構(gòu)體說(shuō)明部分進(jìn)行元件的說(shuō)明,然后在使用元件進(jìn)行元件例化.基本演變成原理圖+元件的設(shè)計(jì)方式全加器真值表AiBiCi-1SiCi0000000110010100110110010101011100111111一位全加器的邏輯示意圖ΣabCinSCo采用行為描述方法設(shè)計(jì)一位全加器LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYfull_adderIS

PORT(a,b,Cin:INSTD_LOGIC;

Co,S:OUTSTD_LOGIC);ENDfull_adder;ARCHITECTUREbehavOFfull_adderISBEGIN

PROCESS(a,b,Cin)VARIABLEai,bi,ci,si:INTEGER;BEGINIF(a=‘0’)THEN

ai:=0;ELSE

ai:=1;ENDIF;IF(b=‘0’)THENbi:=0;ELSEbi:=1;ENDIF;

IF(Cin=‘0’)THEN

ci:=0;ELSE

ci:=1;ENDIF;

si:=ai+bi+ci;CASEsiISWHEN0=>S=>’0’;Co=>’0’;WHEN1=>S=>’1’;Co=>’0’;WHEN2=>S=>’0’;Co=>’1’;WHEN3=>S=>’1’;Co=>’1’;WHENOTHERS=>S=>’X’;Co=>’0’;