VHDL順序語句(Sequential).ppt

1、1,硬件執(zhí)行：并發(fā)執(zhí)行（VHDL本質(zhì)） 仿真執(zhí)行：順序執(zhí)行、并發(fā)執(zhí)行 分為兩大類：順序（Sequential）描述語句 并發(fā)（Concurrent）描述語句,ARCHITECTURE Process Process,ENTITY,Sequential Process,CombinationalProcess,ports,ports,component,VHDL順序語句（Sequential）,2,順序描述語句： 執(zhí)行順序與書寫順序一致，與傳統(tǒng)軟件設(shè)計 語言的特點相似。順序語句只能用在進程與子程 序中。 常用的順序描述語句： 賦值語句； if語句；case語句；loop語句； next語句；ex

2、it語句；子程序；return語句； wait語句；null語句。,3,一 對象與賦值語句 所有對象均分為：變量和信號 對象 ：= 表達式； - 變量賦值 對象 = 表達式； - 信號賦值 要求：表達式的值必須與對象的類型、寬度一致。,4,信號賦值延遲更新數(shù)值、時序電路； 變量賦值立即更新數(shù)值、組合電路。,5,例：信號賦值與變量賦值的比較 信號賦值： architecture rtl of sig is signal a,b : std_logic; - 定義信號 begin process(a, b) begin a = b ; b = a ; end process ; end rtl ;

3、 - 結(jié)果是 a 和 b 的值互換,6,變量賦值： architecture rtl of var is begin process variable a,b:std_logic; - 定義變量 begin a := b ; b := a ; end process ; end rtl; - 結(jié)果是a和b的值都等于b的初值,7,二、 轉(zhuǎn)向控制語句 轉(zhuǎn)向控制語句通過條件控制開關(guān)決定是否執(zhí) 行一條或幾條語句，或重得執(zhí)行一條或幾條語句， 或跳過一條或幾條語句。 分為五種： if 語句、case 語句、 loop 語句、next 語句、 exit 語句,8,1、if 語句 if 語句執(zhí)行一序列的語句，

4、其次序依賴于一 個或多個條件的值。 1）if 語句的門閂控制 例：if (ena = 1) then q = d； end if； 綜合后生成鎖存器（latch）,if 條件 then 順序處理語句； end if ；,9,2）if 語句的二選擇控制 格式： 用條件來選擇兩條不同程序執(zhí)行的路徑。,if 條件 then 順序處理語句； else 順序處理語句； end if ；,10,此描述的典型電路是二選一電路： architecture rtl of mux2 is begin process(a, b, sel) begin if (sel = 1) then y = a ; else y

5、 = b ; end if ; end process ; end rtl ;,11,3）if 語句的多選擇控制 if 語句的多選擇控制又稱為 if 語句的嵌套。 格式：,if 條件 then 順序處理語句； elsif 條件 then 順序處理語句； elsif 條件 then 順序處理語句； else 順序處理語句； end if；,12,if_then_elsif 語句中隱含了優(yōu)先級別的判斷， 最先出現(xiàn)的條件優(yōu)先級最高，可用于設(shè)計具有優(yōu) 先級的電路。如8-3優(yōu)先級編碼器。,13,2、 case 語句 case 語句常用來描述總線或編碼、譯碼行為。 可讀性比if 語句強。 格式如下：,14

6、,其中的分支條件可有以下的形式： when 值 = 順序處理語句； when 值 to 值 = 順序處理語句； when 值|值|值|值 = 順序處理語句； 以上三種方式的混合； when others = 順序處理語句；,15,Case 語句使用注意： 1）分支條件的值必須在表達式的取值范圍內(nèi)。 2）兩個分支條件不能重疊。 3）CASE語句執(zhí)行時必須選中，且只能選中一 個分支條件。 4）如果沒有others分支條件存在，則分支條 件必須覆蓋表達式所有可能的值。 對std_logc, std_logic_vector數(shù)據(jù)類型要特別注意使用others分支條件。,16,例：用case 語句描述四

7、選一電路,17,3、Loop 語句 loop 語句與其它高級語言中的循環(huán)語句相似。Loop 語句有三種格式。 1）無限 loop 語句 VHDL重復(fù)執(zhí)行 loop 循環(huán)內(nèi)的語句， 直至遇到 exit 語句結(jié)束循環(huán)。,18, L2: loop a:=a+1; exit L2 when a 10; end loop L2; ,19,2）for loop 語句 特點： 循環(huán)變量是 loop 內(nèi)部自動聲明的局部量， 僅在 loop 內(nèi)可見；不需要指定其變化方式。 離散范圍必須是可計算的整數(shù)范圍： 整數(shù)表達式 to 整數(shù)表達式 整數(shù)表達式 downto 整數(shù)表達式,標(biāo)號：for 循環(huán)變量 in 離散范圍

8、 loop 順序處理語句； end loop 標(biāo)號；,20,21,3）while loop 語句 例：sum:=0; i:=0; abcd: while (i10) loop sum:=sum+i; i:=i+1; end loop abcd; 注：循環(huán)變量 i 需事先定義、賦初值，并指定 其變化方式。一般綜合工具不支持 while loop 語句。,標(biāo)號：while 循環(huán)條件 loop 順序處理語句； end loop 標(biāo)號；,22,4、Next 語句 在loop 語句中 next語句用來跳出本次循環(huán)。 格式： 分三種情況： 1） 無條件終止當(dāng)前的循環(huán)，跳回到本次循環(huán) LOOP語句開始處，開

9、始下次循環(huán)。,next 標(biāo)號 when 條件表達式；,next ；,23,2） 無條件終止當(dāng)前的循環(huán)，跳轉(zhuǎn)到指定標(biāo)號的LOOP語句開始處，重新開始執(zhí)行循環(huán)操作。 3） 當(dāng)條件表達式的值為true，則執(zhí)行next語句，進入跳轉(zhuǎn)操作，否則繼續(xù)向下執(zhí)行。,next 標(biāo)號 ；,next 標(biāo)號 when 條件表達式；,24,5、 Exit 語句 exit 語句將結(jié)束循環(huán)狀態(tài)。 格式： next語句與exit語句的格式與操作功能非常相似，區(qū)別是：next語句是跳向loop語句的起始點，而exit語句則是跳向loop語句的終點。,exit 標(biāo)號 when 條件表達式；,25,三 wait 語句 進程在仿真時

10、的兩個狀態(tài)： 執(zhí)行或掛起。 進程狀態(tài)的變化受wait 語句或敏感信號量變 化的控制。 可設(shè)置 4種不同的條件： wait - 無限等待 wait on - 敏感信號量變化 wait until - 條件滿足（可綜合） wait for - 時間到,26,1、wait on 語句 格式： 例：以下兩種描述是完全等價的 敏感信號量列表和 wait 語句只能選其一，兩 者不能同時使用。,wait on 信號，信號；,process(a, b) begin y= a and b; end process;,process begin y= a and b; wait on a, b; end proc

11、ess;,27,2、wait until 語句（可綜合） 格式： 當(dāng)表達式的值為“真”時，進程被啟動，否則 進程被掛起。 wait until 語句的三種表達方式： wait until 信號 = value; wait until 信號event and 信號 = value; wait until not(信號stable) and 信號= value;,wait until 表達式；,28,時鐘信號 clk 的上升沿的描述： wait until clk = 1; wait until rising_edge(clk); wait until clkevent and clk = 1;

12、wait until not(clkstable) and clk=1; 由以上描述可實現(xiàn)相同的硬件電路結(jié)構(gòu)。 時鐘信號下降沿的描述?,29,四、子程序調(diào)用語句 定義：子程序是獨立的、有名稱的算法。 過程（Procedure）和函數(shù)（Function） 過程：0 個或多個 in、inout、或 out 參數(shù)。 函數(shù)：0 個或多個 in 參數(shù)，一個 return 值。 子程序首：指明其名稱、參數(shù)及返回值。 子程序體：描述子程序要實現(xiàn)的功能。,30,子程序調(diào)用：在任何地方根據(jù)其名稱調(diào)用子程序 過程調(diào)用： procedure_name ( parameter_ name = expression ,

13、 parameter_ name = expression) ; 函數(shù)調(diào)用： function_name ( parameter_name = expression , parameter_name = expression) ;,31,五、return 語句 return 語句只能用于子程序中，并用來終止 一個子程序的執(zhí)行。 格式： 分為：1）return ； 用于過程，只是結(jié)束過程，不返回任何值。 2）return 表達式； 用于函數(shù)，并且必須返回一個值。,return 表達式；,32,例：用于函數(shù)的return語句 function opt (a,b,sel: std_logic ) r

14、eturn std_logic is begin if sel = 1 then return ( a and b ); else return (a or b ); end if; end function opt;,33,六 null 語句 null為空語句，不作任何操作。格式：,null；,34,3.5 VHDL并發(fā)語句（Concurrent）,Architecture,并發(fā)語句,并發(fā)語句,并發(fā)語句,信號,信號,信號,35,常用的并發(fā)描述語句有： 進程（process）語句、 塊（block）語句、 順序描述語句的并行版本、 并行過程調(diào)用語句、 元件例化語句、 生成語句。,36,一、進程

15、（process）語句 進程（process）語句最具VHDL語言特色。提 供了一種用算法描述硬件行為的方法。 特點： 1、進程與進程，或其它并發(fā)語句之間的并發(fā)性； 2、進程內(nèi)部的順序性； 3、進程的啟動與掛起； 4、進程與進程，或其它并發(fā)語句之間的通信。,37,敏感信號表：進程內(nèi)要讀取的所有敏感信號 （包括端口）的列表。每一個敏感 信號的變化，都將啟動進程。 格式：,標(biāo)記： process ( 敏感信號表) 進程說明項 begin 順序描述語句 end process 標(biāo)記；,信號名稱 ，信號名稱 ,38,3、如果有 wait 語句，則不允許有敏感信號表。,PROCESS (a,b) BEG

16、IN -sequential statements END PROCESS;,PROCESS BEGIN - sequential statements WAIT ON (a,b) ; END PROCESS;,39,二、塊語句 塊語句將一系列并行描述語句進行組合，目 的是改善并行語句及其結(jié)構(gòu)的可讀性。可使結(jié)構(gòu) 體層次鮮明，結(jié)構(gòu)明確。 語法如下：,標(biāo)記：block ( 塊保護表達式 ) 塊說明項 begin 并行語句 end block 標(biāo)記 ；,40,1、塊語句的使用不影響邏輯功能 以下兩種描述結(jié)果相同： 描述一： a1: out1=1 after 2 ns; a2: out2=1 afte

17、r 2 ns; a3: out3=1 after 2 ns; 描述二： a1: out1=1 after 2 ns; blk1: block begin a2: out2=1 after 2 ns; a3: out3=1 after 2 ns; end block blk1;,41,三 并行信號賦值語句,包括三種： 簡單并行信號賦值； 條件信號賦值； 選擇信號賦值。 共同特點： 1、賦值目標(biāo)必須是信號，與其它并行語句同 時執(zhí)行，與書寫順序及是否在塊語句中無關(guān)。 2、每一信號賦值語句等效于一個進程語句。 所有輸入信號的變化都將啟動該語句的執(zhí)行。,42,1、簡單并行信號賦值語句 即：信號 = 表達

18、式 例：以下兩種描述等價,architecture behav of a_var is begin output=a(i); end behav;,architecture behav of a_var is begin process(a, i) begin output=a(i); end process; end behav;,一個簡單并行信號賦值語句是一個進程的縮寫。,43,2、條件信號賦值語句 格式:,目的信號量 = 表達式1 when 條件1 else 表達式2 when 條件2 else 表達式3 when 條件3 else 表達式n;,44,例：用條件信號賦值語句描述四選一電路

19、 entity mux4 is port(i0, i1, i2, i3, a, b : in std_logic; q : out std_logic); end mux4; architecture rtl of mux4 is signal sel : std_logic_vector (1 downto 0); begin sel=b ,45,3、選擇信號賦值語句 格式：,with 表達式 select 目的信號量 = 表達式1 when 條件1， 表達式2 when 條件2， 表達式n when 條件n；,注：1）不能有重疊的條件分支。 2）最后條件可為 others。否則，其它條件

20、必須能包含表達式的所有可能值。 3）選擇信號賦值語句與進程中的 case 語 句等價。,46,四 并行過程調(diào)用語句 用過程名在結(jié)構(gòu)體或塊語句中可實現(xiàn)并行過 程調(diào)用。 其作用與一個進程等價。 格式： 過程名 (參數(shù)名= 表達式 ，參數(shù)名= 表達式),47,例：并行過程調(diào)用與串行過程調(diào)用 procedure adder( signal a, b: in std_logic; signal sum: out std_logic); adder(a1, b1, sum1); process(c1, c2) begin adder(c1, c2, s1); end process;,48,五 VHDL的

21、層次化設(shè)計與元件聲明 (component) 及元件例化（instantial）語句 1、層次化設(shè)計,49,2. 元件聲明 定義：對所調(diào)用的較低層次的實體模塊 （元件）的名稱、類屬參數(shù)、端口 類型、數(shù)據(jù)類型的聲明。 語法：,component 元件名 is generic (類屬聲明)； port (端口聲明)； end component 元件名 ;,元件聲明類似實體聲明（entity）,50,例：元件聲明,51,3. 元件的例化 定義：把低層元件安裝（調(diào)用）到當(dāng)前層次 設(shè)計實體內(nèi)部的過程。 包括：類屬參數(shù)傳遞、元件端口映射。,例化名稱：元件名稱 generic map ( 類屬名稱 = 表

22、達式 ，類屬名稱 = 表達式 ) port map ( 端口名稱 = 表達式 ， 端口名稱 = 表達式 ）；,例： u1：ADD generic map (N = 4) port map (x，y，z，carry)；,52,端口映射方式： 名稱關(guān)聯(lián)方式： 低層次端口名 =當(dāng)前層次端口名、信號名 例：or2 port map(o=n6,i1=n3,i2=n1) 位置關(guān)聯(lián)方式： （當(dāng)前層次端口名，當(dāng)前層次端口名，） 例：or2 port map( n3, n1，n6 ) 注：位置關(guān)聯(lián)方式中，例化的端口表達式 （信號）必須與元件聲明語句中的端口 順序一致。,53,一個低層次設(shè)計在被例化前必須有一個元

23、件聲明。 ENTITY exam is PORT( ea, eb :IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); ey : OUT STD_LOGIC); END exam ; ARCHITECTURE exam_arch OF exam IS COMPONENT compare PORT( a : IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); b : IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); y : OUT STD_LOGIC ); END COMPONENT; -元件聲明 BEGIN u1 : compare PORT MAP

24、 ( ea, eb, ey) ; -元件例化 END exam_arch ;,54,六 生成語句 生成語句的作用：復(fù)制建立 0 個或多個備份。 （并行結(jié)構(gòu)） 分為兩類： for generate：采用一個離散的范圍決 定備份的數(shù)目。 If generate：有條件地生成 0 個或 1 個備份。,55,1、for generate 語句 語法： 范圍：整數(shù)表達式 to 整數(shù)表達式 整數(shù)表達式 downto 整數(shù)表達式 for - loop 語句與 for generate 的比較：,標(biāo)號：for 循環(huán)變量 in 范圍 generate 并行語句 end generate 標(biāo)號；,56,例：用生成

25、語句創(chuàng)建多個備份 component comp port (x : in bit ; y : out bit) ; end component ; signal a , b : bit_vector (0 to 7) ; gen : for I in arange generate u : comp port map (x = a( I ), y = b( I ) ; end generate gen ;,57,2、If generate 語句 語法： if 語句與 If generate 的區(qū)別： 1、If generate 沒有類似于 if 語句的 else 或 elsif 分支語句。 2

26、、if 語句是順序語句，If generate為并 行語句。,標(biāo)號：if 條件表達式 generate 并行語句 end generate 標(biāo)號；,58,子程序的類型： 過程（Procedure）： 0 個或多個 in、inout、 或 out 參數(shù)?？色@得多個返回值。 函數(shù)（Function）： 0 個或多個 in 參數(shù)，一個 return 值。 只能獲得一個返回值。 過程可作為一種獨立的語句結(jié)構(gòu)而單獨存在， 函數(shù)通常作為表達式的一部分來調(diào)用。 子程序包含兩部分：子程序聲明和子程序主體。,59,一、子程序聲明 1、過程聲明語法 參數(shù)聲明指明輸入輸出端口的數(shù)目和類型， 語法如下： 方式指參數(shù)的傳遞方向，有三種形式： i