《VHDL描述语句》课件

VHDL描述语句VHDL描述语句是硬件描述语言VHDL的核心，用于描述数字电路的结构和行为。课程安排基础知识介绍VHDL语言基础，涵盖数据类型、运算符、语句等VHDL设计讲解VHDL设计流程，包括实体、结构体、进程等概念硬件实现介绍VHDL代码的硬件实现方式，包括仿真、综合、布局布线等VHDL简介VHDL是一种硬件描述语言，用于描述数字电路的设计。VHDL可以用于设计各种数字电路，例如微处理器、内存控制器、数字信号处理电路等。VHDL是一种强大的工具，可以帮助工程师设计出复杂而高效的数字电路。VHDL设计流程行为描述使用VHDL语言描述硬件的功能，不考虑硬件的具体实现细节。结构描述描述硬件的具体结构，包括电路的连接方式和各个模块之间的关系。RTL描述介于行为描述和结构描述之间，以寄存器传输级描述硬件电路，既考虑功能又考虑实现细节。综合将VHDL代码转换为硬件电路的描述，生成网表文件。布局布线将网表文件映射到具体的芯片上，确定各个电路元件的位置和连接方式。仿真在设计过程中模拟电路的行为，验证设计是否满足要求。VHDL设计单元基本单元VHDL语言使用多个基本单元构建复杂电路。电路结构VHDL代码定义了电路的结构和行为。逻辑功能设计单元描述了电路的功能和逻辑关系。电路连接连接不同单元形成完整的电路设计。实体(Entity)11.实体定义实体定义描述了设计单元的外部接口，包括端口名称和数据类型。22.端口声明端口声明指定了实体的输入、输出和双向端口，以及数据类型。33.信号声明在实体中，可以使用信号来表示外部引脚或内部连接。44.实体描述实体定义不包含任何逻辑实现，仅描述了设计单元的外部行为。实体端口端口定义定义实体中各个信号的名称、方向和数据类型，用于连接实体与外部电路。输入端口用关键字in定义，用于接收来自外部电路的信号，例如时钟信号或数据信号。输出端口用关键字out定义，用于向外部电路输出信号，例如计算结果或控制信号。双向端口用关键字inout定义，可以同时接收和发送信号，例如在数据总线中。体系结构体(Architecture)定义体系结构体是对实体的具体实现，描述了实体内部的逻辑结构和功能。每个实体可以有多个体系结构体，代表不同的实现方法。语法体系结构体定义使用“architecture”关键字，后面紧跟体系结构体名称和“of”关键字，最后是实体名称。体系结构体主体包含数据声明和行为描述部分。进程(Process)并发执行进程是VHDL中描述硬件行为的主要机制，允许代码在硬件中并发执行。敏感信号列表每个进程都包含一个敏感信号列表，当列表中的任何信号发生变化时，进程会立即执行。顺序执行进程内部的语句按顺序执行，但在多个进程之间是并发执行的，模拟硬件中的并行操作。信号赋值1赋值语句使用赋值语句将值赋给信号，用于描述硬件电路中信号的变化。2延迟时间可添加延迟时间参数，模拟信号在电路中传输的延迟。3赋值类型VHDL支持多种赋值类型，包括直接赋值、条件赋值和进程赋值。4赋值规则信号赋值遵循特定规则，确保赋值操作的正确性。变量赋值变量声明变量是用来存储数据的，在使用变量之前需要声明变量类型，例如：integer、real、std_logic等。变量赋值使用符号“:=”来进行，例如：变量名:=值。变量声明和赋值语句应在进程或函数内部进行，变量赋值时必须在进程或函数的敏感信号变化后才生效。变量作用变量主要用于程序内部的临时计算或存储数据，它们的值可以在程序运行时随时修改。变量不会像信号那样被自动保存到硬件电路中，而是被保存在程序内部的内存空间中。在使用变量进行赋值时，需要注意变量的类型和赋值的值是否匹配，否则会导致编译错误或运行错误。常量定义常量在VHDL中，常量用于存储在整个设计过程中不会改变的值。这为代码提供了更好的可读性和维护性。常量声明常量使用关键字CONSTANT声明，并为其指定一个名称、数据类型和值。常量用途常量可以用于定义硬件参数、信号范围、时钟周期或其他固定值，使代码更易于理解和修改。算术运算符加法运算符加法运算符用于对两个操作数进行加法运算，返回它们的和。减法运算符减法运算符用于从第一个操作数中减去第二个操作数，返回它们的差。乘法运算符乘法运算符用于将两个操作数相乘，返回它们的积。除法运算符除法运算符用于将第一个操作数除以第二个操作数，返回它们的商。逻辑运算符与运算(&)与运算结果为真，当且仅当所有操作数都为真。例如：A&B=真，仅当A和B都为真时。或运算(or)或运算结果为真，当且仅当至少有一个操作数为真。例如：AorB=真，只要A或B其中之一为真即可。异或运算(xor)异或运算结果为真，当且仅当两个操作数的值不同。例如：AxorB=真，当A和B的值不一致时。非运算(not)非运算结果为真，当且仅当操作数为假。例如：notA=真，当A为假时。关系运算符等于用于比较两个操作数的值是否相等。如果相等，则返回真，否则返回假。不等于用于比较两个操作数的值是否不相等。如果不相等，则返回真，否则返回假。大于用于比较两个操作数的值的大小关系，如果第一个操作数大于第二个操作数，则返回真，否则返回假。小于用于比较两个操作数的值的大小关系，如果第一个操作数小于第二个操作数，则返回真，否则返回假。位操作符位操作符示意图位操作符用于对单个位进行操作。位操作符示例代码示例代码展示了位操作符的使用方法，例如位与、位或、位异或等。位操作符应用场景位操作符常用于数据压缩、加密、数据传输等领域。连接操作符连接操作符用于将多个信号或变量连接起来，形成一个新的信号或变量。操作符连接操作符用“&”表示。数据类型连接操作符的运算对象必须是相同数据类型的信号或变量。条件语句1条件语句根据条件判断执行不同语句。2语法if条件表达式then语句1else语句2endif;3执行流程条件表达式为真执行语句1，否则执行语句2。4示例ifa>bthenmax:=a;elsemax:=b;endif;循环语句循环次数已知使用FOR循环语句，用于执行指定次数的循环。循环次数未知使用WHILE循环语句，在满足条件的情况下重复执行代码块。循环控制使用EXIT语句，可提前退出循环，例如当满足某个条件时。子程序定义与调用子程序是可重复使用的一段代码，通过定义和调用来实现代码模块化和复用。参数传递子程序可以接收参数，并根据参数进行不同的操作，实现灵活性和通用性。返回值子程序可以返回计算结果或状态信息，为调用程序提供必要的数据。包(Package)1定义包是VHDL中用于定义数据类型、子程序、常量和其他共享组件的集合。2作用它们可以简化代码重用和模块化设计，并提高代码的可读性和可维护性。3示例包可以包含用于特定类型信号或运算符的定义，例如定点算术或数字信号处理。4使用通过使用包，开发人员可以将常用功能封装到一个单独的单元，并在需要时引用它。配置(Configuration)配置定义配置用于指定实体和体系结构之间的关联关系，并确定设计中使用的组件。配置允许使用不同的体系结构实现同一个实体，从而提供设计灵活性。配置语法配置由关键字configuration和for语句组成，指定要配置的实体。配置可以使用for语句指定要配置的特定体系结构。设计单元管理层次化管理VHDL代码通常按层次结构组织，每个设计单元对应一个文件。此结构有助于提高代码可读性和可维护性。库管理VHDL库用于存储和管理设计单元，包括预定义库和用户自定义库。单元复用设计单元可以被重复使用，减少代码冗余，提高设计效率。VHDL编码风格命名规范变量、信号和常量等使用有意义的名称。使用驼峰命名法（CamelCase）或下划线命名法（snake_case）提高可读性。缩进使用一致的缩进，通常每个缩进级别使用2或4个空格。缩进使代码结构清晰，便于阅读和理解。VHDL编程实例1本实例演示了使用VHDL语言设计一个简单的加法器。加法器接收两个输入信号，并输出它们的和。定义两个输入信号A和B，以及一个输出信号SUM。使用加法运算符“+”计算两个输入信号的和。将计算结果赋值给输出信号SUM。VHDL编程实例2计数器计数器是一种常见的数字电路，用于记录脉冲的个数。VHDL可以用进程描述计数器，例如，使用时钟信号触发计数器。该实例展示了使用进程和时钟信号实现一个简单的计数器。VHDL编程实例3本例演示如何使用VHDL语言设计一个简单的计数器。该计数器从0开始计数，每1秒钟增加1，并在计数器达到99时重置为0。该实例展示了VHDL语言中的时序逻辑设计，以及如何使用循环语句来实现计数功能。通过学习本例，您将能够更好地理解VHDL语言的语法和语义，并掌握一些基本的VHDL编程技巧。VHDL编程实例4本实例演示了一个简单的计数器设计，使用VHDL语言实现一个3位二进制计数器。计数器从0开始计数，每当时钟信号上升沿到来时，计数器加1。计数器的输出是3个信号，分别代表计数器的个位、十位和百位。代码中首先定义了一个名为counter的实体，它包含3个输出信号，分别表示个位、十位和百位。然后定义了名为counter的体系结构，其中包含一个进程，该进程描述了计数器的逻辑功能。进程内部使用一个3位的变量来存储