EDA技术 第05讲 VHDL02元素

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4. 位数据类型（bit）
在IEEE1076中定义
type bit is （‘0’，‘1’）；
只有两种取值： ‘0’，‘1’ 关键字： bit
如：signal z： bit ；
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在数字系统中，信号通常用一个位来表示。位 值的表示方法是：用字符‘0’或者‘1’(将值放在单 引号内)表示。‘1’和‘0’仅表示一个位的两种取值， 与整数中的l和0不同，但可以用转换函数进行转换。 位数据可以用来描述数字系统中信号的状态。
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36பைடு நூலகம்
10. 自然数(Natural)和正整数(Positive)

自然数和正整数都是整数的子类。
NATURAL类数据为取0和0以上的正整数； POSITIVE 则只能为正整数。
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以上10种数据类型是VHDL语言中标准的数据类型， 在编程时可以直接引用。如果用户需要使用这10种以外的 数据类型，必须进行自定义。
A, 3fft ,fft, if, old_, hell*, jfaj-2, signal, Abcd
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注释
以‚--”开始直到本行结束的一段文字； 注释不会被编译； 注释起到对程序说明和解释。程序应该包 括充分的注释；
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数据对象

数据 对象
常量CONSTANT

变量VARIABLE 信号SIGNAL
信号的物理意义：表示电路中的一条连线。
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信号说明的一般格式： SIGNAL 信号名[,信号名]:数据类型 [:=表达式];
例如： SIGNAL address_bus:std_logic_vector(7 DOWNTO 0); SIGNAL reset:std_logic:=’1’;
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标准程序包STANDARD定义的数据类型
整数(Integer) 实数(Real) 位(Bit) 位矢量(Bit_vector) 布尔量(Boolean) 字符(Character) 字符串(String) 32位带符号整数 带符号浮点数，在-1.0E+38～+1.0E+38之间 字符‘0’或‘1’ 双引号括起来的二进制位数据 逻辑值TRUE或FALSE 单引号括起来的ASCII字符 双引号括起来的一串ASCII字符，字符串中 要包含双引号时，必须双写该双引号 时间(Time) 表示时间的数据和单位 非负整数(Natural)和正整数(Positive) 错误等级(Severity 表示系统的状态，有NOTE(注意)、 Level) WARNING(警告)ERROR(错误)和 FAILURE(失败)四种状态 20
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信号和变量的区别
PROCESS(A,B,C,D) BEGIN D <= A; X <= B + D; D <= C; Y <= B + D; END PROCESS 结果：X<=B+C; Y<=B+C; PROCESS(A,B,C) VARIABLE D: integer range 0 TO 63); BEGIN D := A; X <= B + D; D := C; Y <= B + D; END PROCESS 结果：X<=B+A; Y<=B+C;
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任何一个信号和变量的赋值均需要落入给定的约束区间 中，也就是要落入有效数值的范围中。约束区间的说明通 常跟在数据类型说明的后面。 例如： a：IN INTEGER range 0 to 9； d：IN bit_vector (7 downto 0)； c：OUT CHARACTER range ‘A’ to ‘Z’； 注意：约束区间可以不写，由综合器自动生成。但是合 理地定义约束区间可以节省器件的资源，最优化程度高。 所以尽量定义好约束区间！
例如： VARIABLE A：INTEGER； --定义A为整数型变量 VARIABLE B，C：INTEGER：=2； --定义B和C为整型变量，初始值为2
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信号(Signal)
信号是内部硬件连线的抽象表示，除了没有方向
说明之外，它几乎与端口(Port)的概念是一致的。端口 实际上是一种隐式定义的信号。
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定义常量的用途：增加可读性和方便修改。 可视性，即有效范围，取决于被定义的位置。
在程序包中定义的常量：可以用在调用此程序包的所有设计
实体中；定义在设计实体中的常量，其有效范围为这个实体定义 的所有的结构体；定义在某一结构体中的常量，则只能用于此结 构体；定义在结构体的某一单元的常量，如一个进程中，则这个 常量只能用在这一进程中。
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s1 <= s2 after 10ns;
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信号和变量的区别
信号赋值是有延时的，且在进程中时，在进程结 束时才赋值；而变量的赋值没有延时;信号的代入符 号(<=)和变量的赋值符号(:=)不同。 变量的值可以传给信号，但信号不能传给变量。 信号除当前值外，还有历史信息等其他信息；变 量只有当前信息。 进程只对信号敏感，不对变量敏感。 信号可以是多个进程的全局信号，变量只能在一 个进程范围内。 信号是硬件连线的抽象描述，变量无实际的对应 关系，通常用于计算。
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变量(VARIABLE)
用于对暂时的数据进行局部的存储，是一个局部
变量。只能在进程和子程序中使用。
变量的物理意义：主要用于局部数据的暂时存储
，是一种载体。
变量的赋值是一种理想化的数据传输，是立即发
生，不存在任何延时的行为。格式为：
目标变量名 := 表达式；
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定义变量的语法格式如下： VARIABLE 变量名：数据类型：=初始值；
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5. 位矢量(Bit_vector)
常用于表示总线状态；
关键字： Bit_vector
signal a,b,c: bit_vector(7 downto 0); 二、十六、八 进制基数符号 分别为B、X、 O a <= ”01010110”; X”C9”； B”1111_0110”；
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尽管整数值在电子系统中可能是用一系列二进制位 值来表示的；但是整数不能看做是位矢量，也不能按位 来访问，对整数不能用逻辑操作符。当需要进行位操作 时，必须用转换函数，将整数转换为位矢量。在电子系 统的开发过程中，整数可以作为对信号总线状态的一种 抽象手段，用来准确地表示总线的某一种状态。
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内容提要
1 2 3 词法和标识符 数据对象 数据类型 运算符
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词法和标识符
短标识符
VHDL-93接收了VHDL-87关于标识符的全部标准， VHDL-87标准中的标识符称为短标识符，VHDL-93 标准中的标识符称为扩展标识符。 短标识符的组成：英文字母、数字、下划线 短标识符的开始：必须以英文字母开始 短标识符的最后一个字符不能是下划线 下划线不能连续出现 短标识符不敏感大小写 不能采用保留字作为短标识符
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7. 字符串(STRING)
关键字： STRING
字符串是由双引号括起来的一个字符序列，也称字 符矢量或字符串数组，常用于程序的提示和说明。
例如：‚time range”
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8. 时间(Time)
关键字： Time
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时间是一个物理量数据。完整的时间量数据应包含整 数和单位两部分，而且整数和单位之间至少应留一个空格 的位置。 例如：2 min、100 ns 在包集合Standard中给出时间的预定义，其单位为：fs、 ps、ns、us、ms、s、min、h。在系统仿真时，时间数据 特别重要，用它可以表示信号延时，从而使模型系统能更 逼近实际系统的运行环境。 注意：时间量只对仿真器起作用，综合器将它忽略！
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2.实数类型(Real)
实数的最小范围
1.0E+38至+1.0E+38 关键字：real
例如：variable a,b,c,d：real；
a:=12.0; b:=3.14_159;
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c:=2.0E5; d:=1.5e-6;
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在进行算法研究或实验时，作为对硬件方案的抽象手 段，常常用到实数的四则运算。 实数有正负，书写时一定要有小数点。 所有的综合器都不支持实数，但部分仿真器支持。 MaxPlus II不支持！
--对c的赋值实际是123456，
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数制表示法
间隔符
10 # 97 # E2
数制进 位基数
数值
指数 部分
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Signal a,b,c,d,e: integer range 0 to 100000; A<=10#97#E2; --9700 B<=16#FF#;--等于255 C<=2#1111_1110#;--254 D<=8#175#; --等于125 E<=16#E#E1;--等于224
第五讲 VHDL 之二
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第四章 硬件描述语言VHDL
4.1 硬件描述语言概述 4.2 VHDL程序基本结构 4.3 VHDL的基本数据类型及运算操作符 4.4 VHDL中的顺序语句 4.5 VHDL中的并行语句 4.6 程序包与库 4.7 类属 4.8 子程序 4.9 基本逻辑电路设计 4.10 状态机的VHDL设计
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常量(CONSTANT)
常量是一个恒定不变的数据对象。
常量的定义形式如下： CONSTANT 常量名：数据类型﹕=表达式；
例如： CONSTANT FBUS﹕BIT_VECTOR﹕=“010111”； CONSTANT VCC﹕REAL﹕=5.0； CONSTANT DELY﹕TIME﹕=25ns；
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1.整数类型(Integer)
VHDL标准规定整数的最小范围为:
（2311）至（2311）
关键字:integer
例如：
signal a,b,c,d,e：integer；
数字中的下划 线只是为了提 高可读性
a<=012; b<=0; c<=123_456; d<=2E5; e<=4e3;
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b <= c <=
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6. 字符(Character)
关键字： CHARACTER
字符量通常用单引号括起来，如：‘a’、‘B’。 一般情况下，VHDL对大小写不敏感，但对字 符量中的大、小写字符则认为是不一样的。 字符量中的字符可以是大小写字母、数字及 空白或者特殊字符$、@、%等。
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扩展标识符
用反斜杠来界定， 例如：\data_bus\ 两个反斜杠之间可以使用保留字。\ENTITY\ 区分大小写 允许下划线连续使用 同名的扩展标识符和短标识符是不一样的。 例如：\data_bus\和data_bus不一样
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判断以下标识符的合法性,并给出理由
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数据类型
VHDL语言要求为各种常量、变量、信 号指定明确的数据类型 参于运算的数据对象在数据类型、长度 等方面要匹配
VHDL属于严格数据类型的语言。不同
的数据类型之间要进行转换。
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标准库中定义的类型
数据 类型
IEEE库中定义的类型
用户自己定义的类型
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当对信号进行初始赋值时，赋值符号为‚:=”，但是
14 当在程序中进行信号赋值时，采用的赋值符号为‚<=”。
信号说明的位置：程序包、实体说明、结构体说 明部分；不允许在进程和子程序中定义信号。信号可 以有多个驱动源，或者说赋值信号源，但必须将此信 号的数据类型定义为决断性数据类型。 在进程中，只能将信号列入敏感表，而不能将变 量列入敏感表。 信号可以作为结构体中各进程之间通信的手段 信号的赋值被称为带入，它可以附加延时。 例如：
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9. 错误等级(Severity Level)
关键字： Severity Level
错误等级类型数据用来表征系统的状态，它共 有4种：NOTE(注意)、WARNING(警告)、ERROR( 错误)、FAILURE(失败)。在系统仿真时，这4种状态 用来提示系统当前的工作情况。 注意：只在仿真时使用！
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3.布尔数据类型（boolean）
在IEEE1076中定义
type boolean is （false，true）；
只有两种取值： false，true 关键字： boolean
如：signal z： boolean ：= true ；
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布尔量没有数值含义，也不能进行算术运算， 但可以进行关系运算（即：逻辑运算）。 可以在条件语句中被测试，测试结果产生一个 布尔量TRUE或者FALSE。 一般这一类型的数据的初始值总为FALSE。