《VHDL描述语句》课件

《描述语句》VHDL本课程将深入讲解VHDL语言中描述电路的语句，帮助您掌握用VHDL语言实现数字电路设计的方法的基本概念VHDL硬件描述语言行为描述VHDL是用来描述电子电路的VHDL可以用行为级描述语言硬件描述语言，可以用来描来描述电路的行为，例如输述数字电路、模拟电路等入信号的变化会如何影响输出信号的变化结构描述VHDL可以用结构级描述语言来描述电路的结构，例如使用逻辑门、触发器等基本元件来构建电路语言的特点VHDL硬件描述语言VHDL允许用户使用高级抽象来描述硬VHDL是可读性强，易于维护和调试，件，而无需关注底层逻辑门的实现细支持设计过程的自动化VHDL是一种硬件描述语言，用于描述节和设计数字电路语言的发展历程VHDL1980s1VHDL由美国国防部提出，用于描述硬件电路19872VHDL成为IEEE标准1990s3VHDL被广泛用于FPGA和ASIC设计2000s至今4VHDL不断更新和改进，适应新的硬件设计需求VHDL的基本设计流程设计需求分析首先，需要明确设计目标，了解电路的功能需求VHDL代码编写根据需求分析，使用VHDL语言描述电路的结构和行为仿真验证利用仿真软件对代码进行验证，确保电路功能符合预期逻辑综合将VHDL代码转换成门级电路，为实际硬件实现做准备布局布线将门级电路映射到目标芯片的具体位置，并完成连接布线硬件实现将最终的电路设计下载到硬件平台，完成实际的电路实现设计的建模方法VHDL行为描述数据流描述12以算法或行为方式描述电以数据流的方式描述电路路功能，不考虑电路的具，描述信号在电路中的流体结构动和变换结构描述3直接描述电路的硬件结构，以层次化方式构建电路的基本语法结构VHDL关键字VHDL语言中包含一些保留字，这些关键字具有特定的含义，不可用作标识符标识符标识符用于命名实体、信号、变量、常量等运算符VHDL语言支持多种运算符，包括算术运算符、逻辑运算符、关系运算符等实体声明（）entity declaration定义接口抽象描述实体声明用于定义电路的外部接口，包括输入和输出信号实体声明仅描述电路的外部行为，不包含内部实现细节以及端口类型体系结构（）architecture行为描述描述电路的行为特性，关注功能而不是实现方式结构描述描述电路的结构，定义电路的组成单元和连接关系数据流描述描述数据在电路中的流动和处理过程信号声明（）signal declaration信号声明语法信号的用途信号的类型使用`signal`关键字声明信号，并指定信号用于在VHDL模块之间传递数据信号可以是各种数据类型，例如标准信号名、类型和初始值，连接不同组件类型、枚举类型或用户自定义类型变量声明（variable）declaration作用域数据类型变量声明可以定义在过程、变量必须指定数据类型，例函数或块语句中，其作用域如整数、布尔值或字符串仅限于声明所在的位置初始化变量可以被初始化为一个值，或者在声明时未初始化常量声明（）constant declaration定义语法示例123常量是值在程序执行期间保持CONSTANT常量名:数据类型CONSTANT DELAY_TIME:不变的量在VHDL中，常量:=常量值;TIME:=10ns;使用关键字CONSTANT声明数据类型（）data type基本数据类型枚举数据类型数组数据类型VHDL语言定义了多种基本数据类型枚举类型允许用户定义一组标识符，数组类型允许用户定义一组相同类型，包括用于表示不同的状态或值的数据，并使用索引进行访问•BIT:表示单个二进制位，值为0或状态待机运行寄存器TYPE IS,,TYPE ISARRAY71错误;DOWNTO0OF BIT;•BOOLEAN:表示逻辑值，值为当前状态状态数据寄存器SIGNAL:;SIGNAL:;TRUE或FALSE•INTEGER:表示整数•REAL:表示实数•TIME:表示时间赋值语句（）assignment statement赋值语句类型信号赋值语句变量赋值语句赋值语句用于将值赋给变量或信号信号赋值语句用于将值赋给信号，通变量赋值语句用于将值赋给变量，通VHDL中有两种主要的赋值语句类型常在进程或函数中使用信号赋值语常在进程或函数中使用变量赋值语信号赋值语句和变量赋值语句句使用=符号，表示延迟赋值，意句使用:=符号，表示立即赋值，意味着值会在下一个时钟周期生效味着值会立即生效条件语句（）conditional statementIF语句ELSE语句ELSIF语句根据条件判断执行不同的代码块当IF条件不满足时执行的代码块允许添加多个条件判断，提高代码逻辑的灵活性循环语句（）loop statementfor循环while循环for循环用于重复执行一段代码，直到满足特定条件为止while循环会重复执行一段代码，直到指定的条件变为假它通常用于迭代一个序列，例如数组或列表它适合用于需要循环执行特定次数的代码块子程序（）subprogram功能复用模块化设计12子程序封装特定功能，可将复杂逻辑分解为子程序重复调用，提高代码复用，提高代码可读性和维护率性参数传递3子程序可接收参数，实现不同情况下的灵活调用包（）package封装将相关的数据类型、子程序和常量等元素组织在一起代码重用通过使用包，可以轻松地在不同的设计中重复使用相同的代码库管理将常用功能封装成包，方便其他设计调用配置（）configuration配置的概念配置的语法配置是VHDL中用于指定实体的体系结构实现的机制它配置使用**configuration**关键字声明它包含一个允许你选择要用于特定实体的特定体系结构这在大型设**for**子句，用于指定要配置的实体，以及一个**bind**计中非常有用，其中一个实体可能有多个不同的实现方式子句，用于将体系结构绑定到实体的仿真与综合VHDL仿真综合验证123在硬件实现之前，对设计进行将VHDL描述转化为可制造的硬通过仿真和综合，确保设计符验证，确保设计符合预期功能件电路，例如FPGA或ASIC合预期功能，并验证硬件实现的正确性的设计实例VHDLVHDL语言是一种强大的工具，可以用来设计各种类型的数字电路，例如组合逻辑电路、时序逻辑电路、存储器、移位寄存器、计数器等通过VHDL语言，我们可以将抽象的电路设计转化为可执行的代码，从而简化电路设计的流程，提高设计效率，并降低设计错误率组合逻辑电路设计组合逻辑电路特点设计方法输出仅与当前输入有关，不依赖于电路的过去状态使用真值表、卡诺图等方法进行逻辑函数化简，再用VHDL描述时序逻辑电路设计时钟信号1时钟信号是时序逻辑电路的核心，用于控制电路的运行节奏触发器2触发器是时序逻辑电路的基本单元，用于存储状态状态机3状态机是复杂时序逻辑电路的常用设计方法，用于控制电路的运行状态时钟电路设计时钟信号时钟信号是数字电路中最重要的信号之一，它控制着电路的操作节奏时钟频率时钟频率决定了电路的运行速度，频率越高，电路运行速度越快时钟周期时钟周期是指时钟信号从一个上升沿到下一个上升沿之间的时间间隔时钟类型常用的时钟类型包括方波时钟、三角波时钟和锯齿波时钟存储电路设计寄存器1存储单个数据位或字RAM2随机存取存储器，可快速读写数据ROM3只读存储器，数据不可修改移位寄存器设计串行输入1数据一位一位地输入，每个时钟周期输入一位数据并行输出2数据同时从多个输出端输出，每个输出端对应一位数据时钟控制3移位寄存器的状态由时钟信号控制，每个时钟周期数据向右移一位计数器电路设计同步计数器1所有触发器时钟信号同步异步计数器2各触发器时钟信号异步可逆计数器3计数方向可控进制计数器4二进制，十进制，BCD码等中断控制电路设计中断源1外部信号或内部事件触发中断中断控制器2接收中断请求并生成中断信号中断服务程序3处理中断事件的程序描述语句的优缺点VHDL优点缺点•易读性好，语法清晰•学习曲线较陡峭•可读性高，便于维护•调试难度较大•支持多种设计方法•代码冗长，编写效率较低•可移植性强，可跨平台使用在设计中的应用VHDL FPGA硬件描述语言灵活性和可重构性VHDL是一种硬件描述语言，VHDL允许使用FPGA的灵活可用于设计和实现复杂的数性和可重构性，以实现各种字电路，如FPGA逻辑功能系统集成VHDL可用于将不同逻辑功能集成到一个单一的FPGA芯片中，简化系统设计结论与展望VHDL作为一种强大的硬件描述语言，在数字电路设计中发挥着重要作用通过学习VHDL的基础语法和设计方法，我们可以高效地描述和实现各种复杂的数字电路。