《VHDL词法基础》课件

词法基础VHDL本课程将介绍语言的基本语法和词法规则VHDL学习语言是硬件描述语言的基础，是学习数字电路设计的必要步骤VHDL基础概述VHDL硬件描述语言行为建模结构建模是一种硬件描述语言，用于描述和可以模拟电路的行为，例如信号传可以描述电路的结构，例如电路的VHDL VHDL VHDL设计电子电路输和逻辑运算连接方式和组件语法特点介绍VHDL强类型语言硬件描述语言并发性层次化结构是一种强类型语言，每专门为描述硬件电路而支持并发执行，多个语支持层次化设计，可以VHDL VHDL VHDL VHDL个变量和信号都必须指定数据设计，它提供了丰富的语法结句可以同时执行，这反映了硬使用模块化的方式描述复杂电类型这有助于提高代码的可构和数据类型来表示各种硬件件电路中多个组件同时工作的路，提高代码的可维护性和复读性和可靠性，避免类型错组件和行为特性用性误标识符规则VHDL标识符定义标识符规则

1.

2.12标识符是用于识别程序标识符必须以字母或下划线开VHDL中的实体、信号、变量等元素头，可包含字母、数字和下划的名称线，区分大小写标识符长度标识符命名

3.

4.34标识符长度没有限制，遵循驼峰命名法或下划线分割VHDL但建议保持简短并具有描述命名法，提高代码可读性性关键字列表VHDL保留字关键字预定义标识符语言中，某些词语被保留，不能作关键字用于定义代码的语法结构预定义标识符代表中预定义的数据VHDL VHDL VHDL为标识符使用类型、函数和常量数据类型VHDL标准数据类型用户自定义数据类型定义了若干个标准数据类用户可以通过枚举类型、数组类VHDL型，例如整数类型、实数类型、型和记录类型等定义新的数据类布尔类型等型，以满足特定应用的需求数据类型转换提供了数据类型转换功能，允许在不同数据类型之间进行转换VHDL标准数据类型整型实数型整型是指表示整数的数据类型，常见的有、自然数、实数型是指表示小数的数据类型，如和INTEGER REALTIME位向量等位向量和逻辑向量位向量表示一组二进制位逻辑向量用于表示布尔值位向量和逻辑向量是中的重要数据类VHDL型用方括号和索引表示，例如例如bit_vector std_logic_vector[3downto0]广泛应用于硬件设计中，例如存储器、寄[7downto0]存器、组合逻辑电路时间类型时间类型时间刻度时间精度时间类型用于表示仿真时间，用于时间刻度由时间单位和时间值组时间精度决定了仿真时间计算的精VHDLVHDLVHDL模拟电路的行为和时序成，例如，表示纳秒度，精度越高，仿真结果越精确，但仿真时10ns10间也越长常量定义VHDL定义常量数据类型在中，常量定义用于在程序中使用固定不变的值使用常量必须指定数据类型，例如整数、实数、位向量等VHDL关键词来声明常量CONSTANT赋值命名规则常量需要赋值，赋值过程在声明常量时完成，并使用赋值运算常量名称需符合标识符命名规则，通常使用大写字母表VHDL符示常量名称“:=”变量声明VHDL变量类型变量名12变量声明指定变量的数据类变量名必须符合标识符VHDL型例如，、规则，并应具有描述性INTEGER、REAL STD_LOGIC初始化3可选地，可在变量声明时进行初始化，为变量赋予初始值信号声明VHDL信号名数据类型

1.

2.12信号名用标识符表示，用于唯一标识信号信号的数据类型决定其存储的值初始化值信号赋值

3.

4.34信号声明时可以赋予初始值，用于确定其初始状态通过赋值语句给信号赋予新的值，改变其状态信号赋值VHDL信号赋值语句将值赋给信号，改变信号值赋值操作符使用符号，将值赋给信号=赋值时间信号赋值可以是立即赋值或延时赋值延迟赋值使用关键字指定延迟时间after驱动强度使用关键字指定信号的驱动强度strength组合逻辑电路建模定义1组合逻辑电路的输出仅取决于当前输入信号，与电路之前状态无关描述方法2使用布尔表达式或真值表描述电路行为实现VHDL3使用语言建模组合逻辑电路VHDL组合逻辑电路广泛用于数字系统中，例如加法器、解码器、多路选择器等组合逻辑单元逻辑门组合电路真值表组合逻辑电路的基本单元，实现基本逻辑运由逻辑门组成的电路，输出只取决于当前输描述组合逻辑电路行为，列出所有可能的输算入入组合及对应输出组合逻辑电路建模方法行为级建模1描述电路功能结构级建模2描述电路结构数据流级建模3描述数据流动提供了多种建模方法，可以根据实际需求选择合适的建模方法行为级建模侧重于描述电路的功能，无需关注具体的电路结构结VHDL构级建模则描述电路的结构，如门级电路、模块之间的连接关系等数据流级建模则描述数据在电路中的流动过程，使用逻辑运算符和操作符来描述电路的功能时序逻辑电路建模时序逻辑单元1时序逻辑电路包含记忆元件，例如触发器，它们可以保存状态信息建模方法2建模方法包括行为描述、结构描述、数据流描述等，选择适当的方法可以提高代码的可读性和效率时序逻辑建模3时序逻辑电路建模的关键是描述状态转换、输入输出关系和时钟信号时序逻辑单元触发器触发器触发器触发器D JKT触发器是时序逻辑电路的基本触发器在时钟信号的上升沿或触发器在时钟信号的上升沿触发器在时钟信号的上升沿或D JKT单元它可以存储一位二进制下降沿将数据输入复制到输或下降沿根据输入的和信号下降沿根据输入的信号状态改J KT信息出，并保持数据状态直到下一状态改变输出，具有更高的灵变输出，可以用于计数器或其个时钟信号到来活性他时序逻辑电路时序逻辑电路建模方法行为描述1描述电路的行为特性结构描述2描述电路的结构数据流描述3描述数据在电路中的流动时序逻辑电路建模方法主要包括行为描述、结构描述和数据流描述行为描述关注电路的功能，结构描述关注电路的组成，而数据流描述关注数据在电路中的流动路径过程语句过程语句的定义1过程语句是一种语言中的重要语法结构，用于描述电VHDL路的行为和功能过程语句的作用2过程语句使用敏感信号列表和信号赋值语句来实现电路逻辑功能，并对信号的变化进行处理过程语句的种类3语言中有多种类型的过程语句，包括顺序语句和并行语VHDL句，用于实现不同的电路逻辑if-then-else语法结构应用场景语句用于根据条件判断执行不同的代码块语句广泛应用于语言中，用于实现逻辑判if-then-else if-then-else VHDL断和条件分支语句后跟一个布尔表达式，如果表达式为真，则执行块if then中的代码；否则执行块中的代码例如，在设计数字电路时，可以使用语句实现信号else if-then-else的条件切换，根据输入信号的不同状态选择不同的输出语句VHDL case语法格式条件分支语句根据表达式值选择执行每个分支包含一个条件表达式和case不同的代码分支，提高代码清晰相应的代码块，根据表达式的值度和可读性选择执行相应的代码默认分支应用场景当表达式值不匹配任何分支时，在状态机实现、多路选择器、逻执行默认分支，提供代码逻辑的辑判断等场景中使用，简化代码完整性逻辑循环语句VHDL循环语句语法循环计数器循环条件循环语句允许代码块重复执行特定次数或直循环语句可使用计数器变量控制循环次数，循环语句可以根据条件执行，例如，while到满足某个条件例如，循环用于指定循环次数循环用于在条件为真时执行循环体for子程序VHDL子程序定义1定义子程序的名称、参数和功能子程序体2包含子程序执行的代码子程序调用3在需要的地方调用子程序执行其功能子程序是可重用的代码块，用于执行特定功能子程序定义包括名称、参数和功能描述子程序体包含实际的代码实现，可以包含VHDL多个语句和操作子程序声明VHDL子程序名称参数列表

1.

2.12子程序名称应遵循标识子程序可以接受输入参数，并VHDL符规则，并应能清晰地反映子返回输出参数，参数列表应包程序的功能含参数的类型和方向子程序体返回类型

3.

4.34子程序体包含子程序执行的代子程序可以返回一个值，返回码，代码应实现子程序的功类型应与子程序的功能和结果能，并返回结果相匹配子程序调用语法格式参数传递调用过程子程序调用语句使用子程序名，并传递必要参数传递方式可以是值传递或引用传递，取调用子程序时，程序控制流会跳转到子程的参数决于子程序的定义序，执行完子程序后返回调用点软硬件接口VHDL系统集成允许将硬件设计与软件系统集成，实现更复杂的系统VHDL通过定义硬件和软件之间的通信协议，可以协调两者之间的协同工作VHDL外部设备接口可用于描述与外部设备的交互，例如传感器、执行器和通信接口VHDL通过定义特定接口协议，代码可以控制外部设备的操作VHDL电路仿真VHDL验证设计性能评估通过仿真，可以验证电路的功能是否符合设计要求，并找出潜仿真可以帮助评估电路的性能指标，如速度、功耗、延时等在的错误和问题优化电路调试错误根据仿真结果，可以对电路进行优化，以提高性能和效率仿真可以帮助快速定位和解决电路设计中的错误，提高开发效率电路行为建模行为描述使用语言描述电路的行为，而不关心电路的具体实现细节VHDL功能模拟通过仿真工具模拟电路的行为，验证电路的功能是否符合设计要求抽象层次高行为建模更关注电路的功能，而不是具体的硬件实现灵活性高易于修改和调整电路的行为，提高电路设计的效率电路结构建模结构建模概述1结构建模是语言的核心功能之一，它用于描述电路的连VHDL接关系结构建模方法2结构建模使用实例化语句将已定义的电路模块组合在一起，“”形成更复杂的电路结构结构建模应用3结构建模常用于构建复杂电路，例如微处理器、存储器和外设接口等电路转换行为描述1转换为结构描述结构描述2转换为行为描述代码转换3语言之间的转换逻辑转换4组合逻辑到时序逻辑代码可以进行多种转换，包括行为描述与结构描述之间的转换，代码语言之间的转换，以及逻辑类型的转换VHDL综合与优化VHDL综合过程优化策略代码转换成硬件描述语言，生成可实现的电路结构通过代码重构、算法优化，提高硬件电路的效率，降低成本VHDL综合工具将代码映射到特定的目标器件，生成电路网表利用逻辑优化算法，简化电路结构，减少芯片面积和功耗VHDL版本演进VHDLVHDL-87VHDL-93是标准是标准VHDL-87IEEE VHDL-93IEEE版本，是早期版本，包含了许1076-19871076-1993版本多新增功能和改进，如并发语VHDL句、包、通用类型等VHDL-2000VHDL-2008是标准是标准VHDL-2000IEEE VHDL-2008IEEE版本，它进一步版本，它添加了1076-20001076-2008扩展了的功能和语法，加支持更复杂的数字系统设计的特VHDL入了新的数据类型、库和工具性，如面向对象编程和并发进程应用案例赏析VHDL语言广泛应用于数字电路设计领域，从简单的逻辑门电路到复杂的嵌入VHDL式系统，都可以胜任VHDL在数字电路设计中，可用于描述电路的功能、结构、行为等，并通过仿VHDL真工具进行验证和调试，最终生成可用于制造芯片的硬件描述语言代码本节将展示在不同领域中的应用案例，例如设计、设VHDL FPGAASIC计、嵌入式系统设计等本课程总结语法基础电路建模

1.VHDL

2.12语言基础包括词法规可以用来建模组合逻辑VHDLVHDL则、数据类型、常量、变量和和时序逻辑电路，使用过程语信号等基本概念句、子程序等实现复杂功能仿真与综合应用案例

3.

4.34语言支持仿真和综合，在数字系统设计中得到VHDLVHDL可以验证设计的正确性并生成广泛应用，如开发、FPGA可用的硬件描述语言嵌入式系统等。