526互联

VHDL概述

发布时间 2023-04-11 15:21:50作者: 我就一水

VHDL概述

实体说明

不论是简单的数字电路还是一个微处理器或者系统，都由实体构成，实体的结构

ENTITY 实体名 IS
    [类属参数说明];
	[端口说明];
END ENTITY 实体名

以上就是一个基本设计单元的实体说明

类属参数说明

必须放在端口说明之前，用于指定参数

端口说明

端口说明是对基本设计实体（单元）与外部接口的描述， 书写格式的描述

PORT(端口名{, 端口名}:方向 数据类型名;
	……
	端口名{, 端口名}:方向 数据类型名;
	)；

端口名

一般是赋予外部引脚的名称，为英文字母加数字

端口方向

image

用BUFFER时与该端口连接的另外一个元器件的端口也要用BUFFER说明，而OUT则没有此要求

顺序语句

与书写顺序有关，只能出现在进程、过程、函数中

变量赋值语句

格式：[variable]目标变量名[: 数据类型]: = 表达式 

variable a,b: std_logic
a:='1';
b:='0';

注： 变量是局部的，暂时性的数据对象，变量的赋值立即生效

std_logic

std_logic是长度为1的逻辑 与bit 相似，只是bit只能是'0 ’和'1‘ 而std_logic有以下九种状态:

'U'——初始值， 'X'——不定，

‘0’——0， '1'——1，

‘Z’——高阻， 'W'——弱信号不定，

‘L’——弱信号0， 'H'——弱信号1，

'-'——不可能的情况

单元素赋值

VARIABLE a, b: STD_LOGIC; 
VARIABLE x,y:INTEGER RANGE 15 DOWNTO 0;
a:='1';
b:='0'; 
x:=11; 
y:=2+x;

注意： signal e:integer range 0 to 8; 是不是指随便怎么编，e的...答：e的取值只能是0 1 2 3 4 5 6 7 8 超过8会自动返回到0，

数组赋值

数组元素赋值目标的表示格式

单个元素：标识符（下标名） 比如 b（5）

多个元素：标识符（下标1 to / downto 下标2）

VARIABLE a,b:STD_LOGIC_VECTOR(7  DOWNTO  0); 
b(7  DOWNTO  0):=“10110010”;    
a:=b; 



VARIABLE a,b : STD_LOGIC_VECTOR (1 TO 4);
b(1 TO 4):="1011";
a(1 TO 2):=b(3 TO 4);

image

信号赋值语句

格式：目标信号名 <= 表达式[after时间量]

注： 信号的赋值时有延时性的，信号量是全局量

SIGNAL y,z : STD_LOGIC;
SIGNAL a,b :STD_LOGIC_VECTOR(0 TO 3);
a <= "1010"; 
b <= "1000";
y <= a(1);                   
z <= b(3);

STD_LOGIC_VECTOR是数组

延时性举例

PROCESS ( a, b, c, d )
BEGIN 
  d<=a;
  x <= c XOR d;
  d<=b;
  y <= c XOR d;
  END PROCESS;

​ x <= c XOR b;

​ y <= c XOR b;

IF语句

IF 条件 THEN
顺序处理语句；
ENDIF

# 二选一
IF 条件 THEN
	顺序处理语句1；
ELSE
	顺序处理语句2；
ENDIF

# 多路选择
IF 条件1 THEN
	顺序处理语句1;
ELSIF 条件2 THEN
	顺序处理语句2；
	……
ELSE
	顺序处理语句x；
ENDIF

示例

IF sel='1'THEN
	c<=a;
ELSE
	c<=b;
END IF;

case 语句

CASE 表达式 IS
	WHEN 选择值=>顺序语句1；
	WHEN 选择值=>顺序语句2；
	【WHEN OTHERS=>顺序语句n】；
END CASE

注意：IF语句是具有优先级；case语句没有优先级，必须穷举尽

loop语句

无限loop

[标号]：LOOP
	顺序处理语句；
END LOOP[标号]；

无线循环功能，只有通过控制转向语句才可退出循环。

示例

L2:LOOP
	A:=A+1;
	EXIT L2 WHEN A>10;
END LOOP L2

for loop

[标号]：FOR 循环变量 IN 循环次数范围 LOOP
	顺序处理语句；
END LOOP[标号]；

实现循环功能，每次循环时变量在范围内变化一次。循环变量不用事先说明，但不能含有信号和变量。

while loop

[标号]：WHILE 循环条件  LOOP
	顺序处理语句；
END LOOP[标号]；

若条件为真，则进行循环；若条件为假则结束循环

next 语句

  • NEXT

    无条件终止当 前循环，跳回到本次循环LOOP语句处，开始下一次循环。

  • NEXT LOOP

    标号表明下一次循环的起始位置。当有多重LOOP语句嵌套时，可以跳转到指定标号的LOOP语句处，重新开始执行循环操作。

  • NEXT LOOP标号WHEN条件表达式

    如果条件表达式的值为TRUE，则执行NEXT语句，否，则循环正常继续。

exit 语句

  • exit
  • exit loop
  • exit loop 标号 when 条件表达式

wait语句

  • wait 无线等待

  • wait on 敏感信号变化是结束挂起

    PROCESS
 BEGIN  
     Y<=a AND b; 
      WAIT ON a, b;			-- 当a，b任一信号变化时发生变化时，结束挂起，继续执行之后的语句
 END PROCESS;

  • wait until 布尔表达式 条件满足时结束挂起

    表达式方式

    信号=VALUE;
信号’EVENT AND 信号=VALUE;
NOT信号’STABLE AND 信号=VALUE;

  • wait for 表达式 时间到时结束挂起

    当执行到该语句时，进程被挂起，直到指定的时间到,结束挂起,继续执行后面的语句。

  • 多条WAIT语句

    指WAIT语句可以使用多个等待条件，只要一个或多个满足，则结束挂起。

  • 超时等待处理

    为防止“死锁”增加的超时处理语句。常与断言语句合用。

子程序调用语句

子程序包括过程和函数，子程序可以在结构体或程序包的任何位置被调用

  • 过程调用格式

    过程名（参数表 ）；=

  • 函数调用格式

    函数名（参数表）；

  • 过程和函数的区别

    过程的参数可以是IN、INOUT或OUT模式，而函数只能是IN模式。

    函数调用返回一个指定类型的值，过程没有。

return

子程序返回。当“表达式”缺省时，只能用于过程；当有“表达式”时，只能用于函数，并且必须返回一个值。

RETURE [表达式];

null语句

空操作

格式：   NULL；

预定义属性描述语句

属性：是关于实体、结构体、类型、信号、变量等项目的一些特征。属性可通过一个值或一个表达式表示。

属性描述语句作用：实现对项目的特性进行检测或统计。

预定义属性描述语句的格式：项目名’属性标识符

格式 含义
信号’event 在一段时间内若有信号事件发生则返回“true”，反之，返回“false”。
信号’active 在一段时间内若信号活跃则返回“true”，反之，返回“false”。
信号’last_event 返回信号从前一个事件发生到现在时刻所经历的时间值；
信号’last_value 返回信号在最近一个事件发生以前的值；
信号’last_active 返回信号从前一次信号活跃到现在时刻所经历的时间值；
信号’STABLE[t] 在时间t内若没有事件发生则返回“true”的布尔信号，反之，返回“false”的布尔信号。

[示例]

-- 检查时钟信号clk上升沿方式：
clk‘EVENT AND clk=‘1’；
NOTclk‘STABLE AND clk=‘1’；



-- 检查脉冲宽度方式
(falling_edge(clk)) AND (clk'LAST_EVENT>=10 ns)；    ---最小正脉冲宽度检查
( rising_edge(clk)) AND (clk'LAST_EVENT>=10ns);      --最小负脉冲宽度检查

并行语句

语句的执行与书写顺序无关。各并行语句之间可以通过信号交换信息或相互独立。

每个并行语句代表一个功能单元，一个或多个功能单元组成一个结构体。

进程语句（PROCESS)

PROCESS语句格式：
     [进程名]：PROCESS[（敏感信号参数）] 
           [变量说明语句；] 
     		BEGIN   
              	顺序描述语句；
     END   PROCESS[标号];

PROCESS内部语句为顺序执行语句 ，但进程本身是并发语句。

进程在敏感信号变化时触发执行，也可以用WAIT等待语句实现触发。

但需要注意，在进程语句中，敏感信号表和WAIT语句不能共同存在于一个进程之中。

  • 不含敏感信号表的进程

    ARCHITECTURE ART OF STAT IS
BEGIN
    P1:PROCESS
    BEGIN
        WAIT UNTIL CLOCK;   
        IF(DRIVER=‘1’)THEN
            CASE OUTPUT IS
                WHEN S1=>OUTPUT<=S2;
                WHEN S2=>OUTPUT<=S3;
                WHEN S3=>OUTPUT<=S4
                WHEN S4=>OUTPUT<=S1;
            END CASE;
        END IF;
END PROCESS P1;
END ART;

  • 含敏感信号表的进程

    • 同步进程的敏感信号表中只有时钟信号

      PROCESS(CLOCK)
BEGIN
IF(CLOCK’EVENT  AND  CLOCK=‘1’ ) THEN
        IF RESET=‘1’ THEN
            DATA<=“00”;           
        ELSE DATA<=IN_DATA; 
        END IF;
    END IF;
END PROCESS;

    • 异步进程的敏感信号表中除时钟信号外还有其他信号

      PROCESS(CLK,RESET)    
   BEGIN
    IF RESET=‘1’ THEN
        DATA<=“00”;
    ELSE IF CLK’EVENT AND CLK=‘1’ THEN
        DATA<=IN_DATA;
        END IF;
    END IF;
END PROCESS;

并发信号赋值语句

简单信号赋值语句

格式：赋值目标 <= 信号量表达式；

当右边值发生变化时完成代入功能。
在进程之外执行语句，等效于一个进程的缩写。

ARCHITECTURE behave OF a_bar IS
      BEGIN
         output <= a;
END behave;

-- 等价于

ARCHITECTURE behave OF a_bar IS
BEGIN
PROCESS(a,)
  output <= a;
END PROCESS;
END behave;

并发信号赋值语句

杂

  • S<=S1&S2; 中 & 是连接操作