VHDL程序基本结构
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3) 子程序语句描述
EDA技术
子程序就是在主程序调用它以后能将处理结果返回给主程 序。在VHDL中有2种类型：过程和函数。 ●过程语句
PROCEDURE 过程名(参数1，参数2) IS [定义语句]； BEGIN [顺序处理语句]；
END 过程名；
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第2章 VHDL硬件描述语言
中间在方括号内的语句描述，在特定的情况下并非是必须 的。例如构建一个VHDL仿真测试基准等情况中可以省去方括 号中的语句。
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第2章 VHDL硬件描述语言
EDA技术
2．类属(GENERIC)说明语句 类属(GENERIC)参量是一种端口界面常数，常以一种说明
的形式放在实体或块结构体前的说明部分。类属为所说明的环 境提供了一种静态信息通道，类属的值可以由设计实体外部提 供。
类属说明的一般书写格式如下： GENERIC([常数名；数据类型[：设定值] {；常数名：数据类型[：设定值 ]})；
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第2章 VHDL硬件描述语言
EDA技术
【例2.2】2输入与门的实体描述
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
ENTITY AND2 IS GENERIC(RISEW：TIME:=1 ns； FALLW：TIME:=1 ns)； PORT( A1：IN STD_LOGIC； A0：IN STD_LOGIC； Z0：OUT STD_LOGIC)；
EDA技术
●函数语句 FUNCTION 函数名(参数1，参数2)RETURN数据类型名 IS
[定义语句]； BEGIN
[顺序处理语句] RETURN [返回变量名] END 函数名；
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第2章 VHDL硬件描述语言
【例2.8】 FUNCTION语句应用举例
EDA技术
FUNCTION min(x，y：INTEGER ) RETURN INTEGER IS
EDA技术
2.2.1 实体
实体(ENTITY)是一个设计实体的表层设计单元，其功能
是对这个设计实体与外部电路进行接口描述。它规定了设计
单元的输入输出接口信号或引脚，是设计实体经封装后对外
的一个通信界面。
1．实体语句结构
实体说明单元的常用语句结构如下：
ENTITY 实体名 IS
[GENERIC(类属表)；]
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第2章 VHDL硬件描述语言
EDA技术
1. 结构体语句格式
ARCHITECTURE 结构体名 OF 实体名 IS [说明语句] --内部信号，常数，数据类型，函数等的定义 BEGIN [功能描述语句]
END [ARCHITECTURE] [结构体名]；
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[PORT(端口表)；]
END [ENTITY] 实体名；
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第2章 VHDL硬件描述语言
EDA技术
实体说明单元必须以语句“ENTITY 实体名IS”开始，以语 句“END ENTITY 实体名；”结束。
实体名是设计者自己给设计实体的命名，可作为其他设计 实体对该设计实体进行调用时用。
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第2章 VHDL硬件描述语言
EDA技术
【例2.4】端口模式及IEEE库数据类型定义
LIBRARY IEEE； USE IEEE.STD_LOGIC.1164.ALL；
ENTITY mm IS PORT(n0，n1，select：IN STD_LOGIC； Q：OUT STD_LOGIC； Bus：OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0))；
{端口名：端口模式 数据类型})； 端口名是设计者为实体的每一个对外通道(系统引脚)所 取的名字，一般用几个英文字母组成；
端口模式(端口方向)是指这些通道上的数据流动方式， 即定义引脚是输入还是输出；
数据类型是指端口上流动的数据的表达格式。
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第2章 VHDL硬件描述语言
EDA技术
在一个结构体中说明和定义的数据类型、常数、元件、函
数和过程只能用于这个结构体中，若希望其能用于其他的实体
或结构体中，则需要将其作为程序包来处理。
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第2章 VHDL硬件描述语言
EDA技术
3. 功能描述语句 描述设计实体的具体行为，它包含两类语句：
(1)并行语句：并行语句总是在进程语句(PROCESS)的外
VARIABLE tmp1，tmp2，tmp3：BIT；
BEGIN tmp1：=d0 AND sel； tmp2：=d1 AND (NOT sel)； tmp3：=tmp1 OR tmp2；
q<=tmp3 END PROCESS cale； 20E2N1/1D0/10connect；
EDA技术
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第2章 VHDL硬件描述语言
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第2章 VHDL硬件描述语言
【例2.7】用进程语句实现的二选一电路
ENTITY mux2 IS PORT (d0，d1，sel：IN BIT； q：OUT BIT)；
END mux2；
ARCHITECTURE connect OF mux2 IS
BEGIN cale：PROCESS(d0,d1,sel)
END mux； ARCHITECTURE connect OF mux IS
SIGNAL tmp1，tmp2，tmp3：BIT； BEGIN
cale：BLOCK BEGIN tmp1<=d0 AND sel； tmp2<=d1 AND (NOT sel)； tmp3<=tmp1 OR tmp2； q<=tmp3；
第2章 VHDL硬件描述语言
EDA技术
2.2VHDL程序基本结构
一个相对完整的VHDL程序通常包含实体(Entity)、结构体 (Architecture)、配置(Configuration)、程序包(Package)和库 (Library)5个部分。
库、程序包使用说明
GENERIC类属说明
设 实体(ENTITY)
END ENTITY AND2； 类属说明中定义参数RISEW为上沿宽度，FALLW为下沿宽
度，它们分别为 1 ns，这两个参数用于仿真模块的设计。
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第2章 VHDL硬件描述语言
EDA技术
3．PORT端口说明 实体端口说明的一般书写格式如下：
PORT(端口名：端口模式 数据类型；
（2）实体：用于描述所设计的系统的外部接口信号，是 可视部分；
（3）结构体：用于描述系统内部的结构和行为，建立输 入和输出之间的关系，是不可视部分。
（4）配置说明语句：主要用于以层次化的方式对特定的 设计实体进行元件例化，或是为实体选定某个特定的结构体。
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第2章 VHDL硬件描述语言
END ENTITY mm；
例中端口数据类型取自IEEE标准库(该库中有数据类型和
函数的说明)，其中STD_LOGIC 取值为“0”，“1”，“X”和
“Z”。因为使用了库，所以在实体说明前要增加库说明语句
。
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第2章 VHDL硬件描述语言
2.2.2 结构体
EDA技术
结构体(ARCHITECTURE)是设计实体的一个重要部分， 结构体将具体实现一个实体。
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第2章 VHDL硬件描述语言
1) BLOCK块语句 使用BLOCK语句描述的格式如下：
[块标号:]BLOCK BEGIN
END BLOCK [块标号]；
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第2章 VHDL硬件描述语言
【例2.6】 用块语句实现的二选一电路
ENTITY mux IS PORT (d0，d1，sel： IN BIT； q：OUT BIT)；
BEGIN q：=0； x_flag：=FALSE；
FOR i IN z’RANGE LOOP q：=q*2；
IF(z(i)=1) THEN q：=q+1；
计
PORT端口说明
实 结构体(ARCHITECTURE)
体
配置(CONFIGURATION)
结构体说明 结构体功能描述
图2.4VHDL程序设计基本结构
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第2章 VHDL硬件描述语言
EDA技术
（1）库、程序包使用说明：用于打开(调用)本设计实体 将要用到的库、程序包；程序包存放各个设计模块共享的 数据类型、常数和子程序等；库是专门存放预编译程序包 的地方。
第2章 VHDL硬件描述语言
EDA技术
【例2.5】结构体描述
ENTITY mux IS PORT(a0，a1：IN BIT； Sel：IN BIT； Sh：OUT BIT)；
END mux； ARCHITECTURE dataflow OF mux IS
BEGIN sh<=(a0 AND sel)OR(NOT sel AND a1)；
IN
O UT
BU FFER
IN OU T
图2.5 端口模式符号图源自2021/10/108
第2章 VHDL硬件描述语言
【例2.3】端口模式及数据类型定义
EDA技术
PORT(n0，n1，select：IN BIT； q：OUT BIT； bus：OUT BIT_VECTOR(7 DOWNTO 0))；
说明：n0， n1，select 是输入引脚，属于BIT型； q是输出引脚，BIT型； bus是一组8位二进制总线，属于BIT_VECTOR。
IEEE 1076标准包中定义了4种常用的端口模式，各端口模 式的功能及符号分别见表2.1和图2.5。
表2.1 端口模式说明
端口模式 IN OUT
BUFFER INOUT
端口模式说明(以设计实体为主体) 输入，只读模式，将变量或信号信息通过该端口读 入输出，单向赋值模式，将信号通过该端口输出 具有读功能的输出模式，可以读或写，只能有一个 驱双动向源，可以通过该端口读入或写出信息
EDA技术
块语句是由一系列并行执行语句构成的组合体，它的功 能是将结构体中的并行语句组成一个或多个模块。
进程语句定义顺序语句模块，用于将从外部获得的信号 值，或内部的运算数据向其他的信号进行赋值。
子程序调用语句用于调用一个已设计好的子程序。 信号赋值语句将设计实体内的处理结果向定义的信号或界 面端口进行赋值。 元件例化语句对其他的设计实体作元件调用说明。
部，语句的执行与书写顺序无关，总是同时被执行。
(2)顺序语句：顺序语句总是在进程语句(PROCESS)的内
部，该语句是顺序执行的。
一个结构体可以包含几个类型的子结构描述：BLOCK(块)
描述、PROCESS(进程)描述、SUNPROGRAMS(子程序)描
述。
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第2章 VHDL硬件描述语言
END dataflow；
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第2章 VHDL硬件描述语言
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2．结构体说明语句 结构体中的说明语句是对结构体的功能描述语句中将要用
到的信号(SIGNAL)、数据类型(TYPE)、常数(CONSTANT)、 元件(COMPONENT)、函数(FUNCTION)和过程(PROCEDURE) 等加以说明的语句。
BEGIN
IF X<Y THEN RETURN(x)；
ELSE RETURN(y)；
END IF； END min；
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第2章 VHDL硬件描述语言
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【例2.9】 PROCEDURE语句应用
PROCEDURE vector_to_int (q：IN INTEGER；
x_flag ：OUT BOOLEAN； z：IN STD_LOGIC_VECTOR) IS
END BLOCK cale； 20E21N/10D/10 connect；
EDA技术
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第2章 VHDL硬件描述语言
EDA技术
2) 进程(Process)语句描述 进程描述的格式如下： [进程名]：PROCESS(信号1，信号2，…) BEGIN ┇ END PROCESS [进程名]；
进程语句中总是带有信号变量（敏感变量），只有当信号 变量发生变化时，进程才被启动，将进程里的语句从上到下 顺序执行一遍，执行完了就回到开始的PROCESS语句。
结构体不能单独存在，它必须有一个界面说明，即一个 实体。
对于具有多个结构体的实体，必须用CONFIGURATION 配置语句指明用于综合的结构体和用于仿真的结构体，即 在综合后的可映射于硬件电路的设计实体中，一个实体只 对应一个结构体。
在电路中，如果实体代表一个器件符号，则结构体描述 了这个符号的内部行为。
EDA技术
子程序就是在主程序调用它以后能将处理结果返回给主程 序。在VHDL中有2种类型：过程和函数。 ●过程语句
PROCEDURE 过程名(参数1，参数2) IS [定义语句]； BEGIN [顺序处理语句]；
END 过程名；
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第2章 VHDL硬件描述语言
中间在方括号内的语句描述，在特定的情况下并非是必须 的。例如构建一个VHDL仿真测试基准等情况中可以省去方括 号中的语句。
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2．类属(GENERIC)说明语句 类属(GENERIC)参量是一种端口界面常数，常以一种说明
的形式放在实体或块结构体前的说明部分。类属为所说明的环 境提供了一种静态信息通道，类属的值可以由设计实体外部提 供。
类属说明的一般书写格式如下： GENERIC([常数名；数据类型[：设定值] {；常数名：数据类型[：设定值 ]})；
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第2章 VHDL硬件描述语言
EDA技术
【例2.2】2输入与门的实体描述
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
ENTITY AND2 IS GENERIC(RISEW：TIME:=1 ns； FALLW：TIME:=1 ns)； PORT( A1：IN STD_LOGIC； A0：IN STD_LOGIC； Z0：OUT STD_LOGIC)；
EDA技术
●函数语句 FUNCTION 函数名(参数1，参数2)RETURN数据类型名 IS
[定义语句]； BEGIN
[顺序处理语句] RETURN [返回变量名] END 函数名；
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第2章 VHDL硬件描述语言
【例2.8】 FUNCTION语句应用举例
EDA技术
FUNCTION min(x，y：INTEGER ) RETURN INTEGER IS
EDA技术
2.2.1 实体
实体(ENTITY)是一个设计实体的表层设计单元，其功能
是对这个设计实体与外部电路进行接口描述。它规定了设计
单元的输入输出接口信号或引脚，是设计实体经封装后对外
的一个通信界面。
1．实体语句结构
实体说明单元的常用语句结构如下：
ENTITY 实体名 IS
[GENERIC(类属表)；]
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第2章 VHDL硬件描述语言
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1. 结构体语句格式
ARCHITECTURE 结构体名 OF 实体名 IS [说明语句] --内部信号，常数，数据类型，函数等的定义 BEGIN [功能描述语句]
END [ARCHITECTURE] [结构体名]；
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[PORT(端口表)；]
END [ENTITY] 实体名；
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实体说明单元必须以语句“ENTITY 实体名IS”开始，以语 句“END ENTITY 实体名；”结束。
实体名是设计者自己给设计实体的命名，可作为其他设计 实体对该设计实体进行调用时用。
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【例2.4】端口模式及IEEE库数据类型定义
LIBRARY IEEE； USE IEEE.STD_LOGIC.1164.ALL；
ENTITY mm IS PORT(n0，n1，select：IN STD_LOGIC； Q：OUT STD_LOGIC； Bus：OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0))；
{端口名：端口模式 数据类型})； 端口名是设计者为实体的每一个对外通道(系统引脚)所 取的名字，一般用几个英文字母组成；
端口模式(端口方向)是指这些通道上的数据流动方式， 即定义引脚是输入还是输出；
数据类型是指端口上流动的数据的表达格式。
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在一个结构体中说明和定义的数据类型、常数、元件、函
数和过程只能用于这个结构体中，若希望其能用于其他的实体
或结构体中，则需要将其作为程序包来处理。
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第2章 VHDL硬件描述语言
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3. 功能描述语句 描述设计实体的具体行为，它包含两类语句：
(1)并行语句：并行语句总是在进程语句(PROCESS)的外
VARIABLE tmp1，tmp2，tmp3：BIT；
BEGIN tmp1：=d0 AND sel； tmp2：=d1 AND (NOT sel)； tmp3：=tmp1 OR tmp2；
q<=tmp3 END PROCESS cale； 20E2N1/1D0/10connect；
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【例2.7】用进程语句实现的二选一电路
ENTITY mux2 IS PORT (d0，d1，sel：IN BIT； q：OUT BIT)；
END mux2；
ARCHITECTURE connect OF mux2 IS
BEGIN cale：PROCESS(d0,d1,sel)
END mux； ARCHITECTURE connect OF mux IS
SIGNAL tmp1，tmp2，tmp3：BIT； BEGIN
cale：BLOCK BEGIN tmp1<=d0 AND sel； tmp2<=d1 AND (NOT sel)； tmp3<=tmp1 OR tmp2； q<=tmp3；
第2章 VHDL硬件描述语言
EDA技术
2.2VHDL程序基本结构
一个相对完整的VHDL程序通常包含实体(Entity)、结构体 (Architecture)、配置(Configuration)、程序包(Package)和库 (Library)5个部分。
库、程序包使用说明
GENERIC类属说明
设 实体(ENTITY)
END ENTITY AND2； 类属说明中定义参数RISEW为上沿宽度，FALLW为下沿宽
度，它们分别为 1 ns，这两个参数用于仿真模块的设计。
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3．PORT端口说明 实体端口说明的一般书写格式如下：
PORT(端口名：端口模式 数据类型；
（2）实体：用于描述所设计的系统的外部接口信号，是 可视部分；
（3）结构体：用于描述系统内部的结构和行为，建立输 入和输出之间的关系，是不可视部分。
（4）配置说明语句：主要用于以层次化的方式对特定的 设计实体进行元件例化，或是为实体选定某个特定的结构体。
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第2章 VHDL硬件描述语言
END ENTITY mm；
例中端口数据类型取自IEEE标准库(该库中有数据类型和
函数的说明)，其中STD_LOGIC 取值为“0”，“1”，“X”和
“Z”。因为使用了库，所以在实体说明前要增加库说明语句
。
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第2章 VHDL硬件描述语言
2.2.2 结构体
EDA技术
结构体(ARCHITECTURE)是设计实体的一个重要部分， 结构体将具体实现一个实体。
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第2章 VHDL硬件描述语言
1) BLOCK块语句 使用BLOCK语句描述的格式如下：
[块标号:]BLOCK BEGIN
END BLOCK [块标号]；
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第2章 VHDL硬件描述语言
【例2.6】 用块语句实现的二选一电路
ENTITY mux IS PORT (d0，d1，sel： IN BIT； q：OUT BIT)；
BEGIN q：=0； x_flag：=FALSE；
FOR i IN z’RANGE LOOP q：=q*2；
IF(z(i)=1) THEN q：=q+1；
计
PORT端口说明
实 结构体(ARCHITECTURE)
体
配置(CONFIGURATION)
结构体说明 结构体功能描述
图2.4VHDL程序设计基本结构
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（1）库、程序包使用说明：用于打开(调用)本设计实体 将要用到的库、程序包；程序包存放各个设计模块共享的 数据类型、常数和子程序等；库是专门存放预编译程序包 的地方。
第2章 VHDL硬件描述语言
EDA技术
【例2.5】结构体描述
ENTITY mux IS PORT(a0，a1：IN BIT； Sel：IN BIT； Sh：OUT BIT)；
END mux； ARCHITECTURE dataflow OF mux IS
BEGIN sh<=(a0 AND sel)OR(NOT sel AND a1)；
IN
O UT
BU FFER
IN OU T
图2.5 端口模式符号图源自2021/10/108
第2章 VHDL硬件描述语言
【例2.3】端口模式及数据类型定义
EDA技术
PORT(n0，n1，select：IN BIT； q：OUT BIT； bus：OUT BIT_VECTOR(7 DOWNTO 0))；
说明：n0， n1，select 是输入引脚，属于BIT型； q是输出引脚，BIT型； bus是一组8位二进制总线，属于BIT_VECTOR。
IEEE 1076标准包中定义了4种常用的端口模式，各端口模 式的功能及符号分别见表2.1和图2.5。
表2.1 端口模式说明
端口模式 IN OUT
BUFFER INOUT
端口模式说明(以设计实体为主体) 输入，只读模式，将变量或信号信息通过该端口读 入输出，单向赋值模式，将信号通过该端口输出 具有读功能的输出模式，可以读或写，只能有一个 驱双动向源，可以通过该端口读入或写出信息
EDA技术
块语句是由一系列并行执行语句构成的组合体，它的功 能是将结构体中的并行语句组成一个或多个模块。
进程语句定义顺序语句模块，用于将从外部获得的信号 值，或内部的运算数据向其他的信号进行赋值。
子程序调用语句用于调用一个已设计好的子程序。 信号赋值语句将设计实体内的处理结果向定义的信号或界 面端口进行赋值。 元件例化语句对其他的设计实体作元件调用说明。
部，语句的执行与书写顺序无关，总是同时被执行。
(2)顺序语句：顺序语句总是在进程语句(PROCESS)的内
部，该语句是顺序执行的。
一个结构体可以包含几个类型的子结构描述：BLOCK(块)
描述、PROCESS(进程)描述、SUNPROGRAMS(子程序)描
述。
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第2章 VHDL硬件描述语言
END dataflow；
2021/10/10
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第2章 VHDL硬件描述语言
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2．结构体说明语句 结构体中的说明语句是对结构体的功能描述语句中将要用
到的信号(SIGNAL)、数据类型(TYPE)、常数(CONSTANT)、 元件(COMPONENT)、函数(FUNCTION)和过程(PROCEDURE) 等加以说明的语句。
BEGIN
IF X<Y THEN RETURN(x)；
ELSE RETURN(y)；
END IF； END min；
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第2章 VHDL硬件描述语言
EDA技术
【例2.9】 PROCEDURE语句应用
PROCEDURE vector_to_int (q：IN INTEGER；
x_flag ：OUT BOOLEAN； z：IN STD_LOGIC_VECTOR) IS
END BLOCK cale； 20E21N/10D/10 connect；
EDA技术
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第2章 VHDL硬件描述语言
EDA技术
2) 进程(Process)语句描述 进程描述的格式如下： [进程名]：PROCESS(信号1，信号2，…) BEGIN ┇ END PROCESS [进程名]；
进程语句中总是带有信号变量（敏感变量），只有当信号 变量发生变化时，进程才被启动，将进程里的语句从上到下 顺序执行一遍，执行完了就回到开始的PROCESS语句。
结构体不能单独存在，它必须有一个界面说明，即一个 实体。
对于具有多个结构体的实体，必须用CONFIGURATION 配置语句指明用于综合的结构体和用于仿真的结构体，即 在综合后的可映射于硬件电路的设计实体中，一个实体只 对应一个结构体。
在电路中，如果实体代表一个器件符号，则结构体描述 了这个符号的内部行为。