硬件描述语言及器件1
硬件描述语言
sin
sout
tmp <= not tmp; clock tmp
reset
end ifOCESS;
异步复位
PROCESS (clock, reset)
BEGIN
if reset = ‘1’ then
sout <= ‘0’;
tmp <= ‘0’;
elsif clock =‘1’ AND clock’EVENT then
PROCESS (clr，clk)
调整周期
BEGIN
IF(clr=1) THEN
Count_B<=“00000000”;
q <= ‘0’;
ELSIF (clk'EVENT AND clk = ‘1’ ) THEN
IF (Count_B = “00001111”) THEN
Count_B<=“00000000”;
Count_B<=“00000000”;
ELSIF (clk’EVENT AND clk = ‘1’ ) THEN
IF (updn=‘1’) THEN
Count_B<=count_B + 1;
ELSE
Count_B<=count_B – 1;
END IF；
END IF;
END PROCESS;
END example;
晶振频率。
分频器
signal count : std_logic_vector(7 DOWNTO 0)；
process ( fosc，rst)
begin
if rst = ‘1’ then
END count；
ARCHITECTURE example OF count IS
可编程逻辑器件与硬件描述语言
组合逻辑电路实验（一）实验报告一．实验名称：3-8译码器设计 二．实验目的1.掌握ISE 开发工具的使用，掌握FPGA 开发的基本步骤；2.掌握组合逻辑电路设计的一般方法；3.掌握程序下载方法，了解UCF 文件的格式；4.初步了解开发板资源，掌握开发板使用方法。
重点了解滑动开关和LED 显示灯的使用方法。
三．实验内容1.用VHDL 实现3-8译码器模块译码器电路如图2-1所示。
其功能如表2-1所示。
试用VHDL 实现该译码器，并在开发板上进行检验。
表2-1 译码器功能表 EN A B C Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 1 X X X 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 01113-8 译码器A B CENY0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7图2-1 3-8译码器0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 00 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 2.将程序下载到FPGA并进行检验（1）资源使用要求：用滑动开关SW3~SW1作为输入A，B，C；滑动开关SW0控制EN；8个LED灯表示8个输出。
（2）检验方法：当SW0处于ON（EN=1）位置时，所有LED灯灭；当SW0处于OFF（EN=0），反映当前输入的译码输出在LED灯上显示，即当输入为000（滑动开关SW3-SW1处于OFF状态），LED0亮，其它灯灭，等等。
四．实验步骤1.启动ISE，新建工程文件，编写3-8译码器的VHDL模块；2.新建UCF文件，输入位置约束；3.完成综合、实现，生成下载文件；4.连接开发板USB下载线，开启开发板电源；5.下载到FPGA；6.拨动开关，验证结果是否正确。
电子设计中的硬件描述语言与FPGA设计研究与应用
基于SystemC的嵌入式系统设计
总结词
探讨了基于SystemC的嵌入式系统设计的优势和应用场景，包括系统建模、仿真验证、硬件实现等。
详细描述
在嵌入式系统设计中，使用SystemC语言进行系统建模和仿真验证，可以大大提高设计效率和准确性。通过 SystemC的硬件描述和仿真功能，可以方便地进行系统级验证和调试。最后将设计实现到FPGA上，完成整个嵌 入式系统的设计和验证。
感谢您的观看
THANKS
Verilog：Verilog是另一种广泛使用的硬件描述语言，它具有简洁的语法和强Verilog：SystemVerilog是Verilog的扩展，增加了面向对象的设计方法和更强 的验证功能，广泛应用于IC设计和验证。
硬件描述语言在电子设计中的重要性
硬件描述语言定义
硬件描述语言（HDL）是一种用于描 述数字电路和系统的语言，它使用文 本形式来描述电路的结构和行为。
HDL通过高级抽象的方式，将电路设 计中的细节进行抽象，使得设计者能 够更加关注于电路的功能和结构，而 不是具体的实现细节。
常见硬件描述语言
VHDL（VHSIC Hardware Description Language）：VHDL是最早的硬件描述语言 之一，被广泛应用于数字电路设计和FPGA开发。
寄存器传输级描述
寄存器传输级描述是一种更具体的描述方式 ，它关注电路中寄存器和信号的传输。
它使用更低级别的语言来描述电路的细节， 例如使用Verilog或VHDL的组合逻辑和时序 逻辑模块进行描述。
寄存器传输级描述可以用于生成测试平台和 验证电路的功能正确性。
物理级描述
01
物理级描述是一种最具体的描述方式，它关注电路的物理 实现和布局。
计算机系统设计硬件描述语言与逻辑设计
计算机系统设计硬件描述语言与逻辑设计计算机系统设计是指通过软件和硬件的相互配合来实现计算机系统的构建和功能。
在这个过程中，硬件描述语言（HDL）发挥着重要的作用。
HDL是一种用于描述计算机系统硬件的语言，它可以用来设计、验证和仿真数字电子电路，并转化为可实现的布局，进而实现系统功能。
一、硬件描述语言的定义与作用硬件描述语言是一种特殊的编程语言，用于描述计算机硬件的功能和结构。
它能够对硬件进行逻辑设计，并通过编程来实现不同的功能。
常见的硬件描述语言包括VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）和Verilog。
硬件描述语言的作用有以下几个方面：1. 设计和验证功能：通过使用硬件描述语言，工程师可以对计算机硬件进行设计和验证。
在设计过程中，硬件描述语言可以描述硬件的功能和结构，有助于工程师在设计阶段快速定位问题并进行修正。
2. 面向抽象级别：硬件描述语言可以在不同的抽象级别上进行描述。
工程师可以在高级抽象级别上描述整个系统，也可以在低级抽象级别上描述硬件电路的细节。
这使得硬件描述语言非常灵活，能够适应不同的设计需求。
3. 支持仿真和验证：硬件描述语言可以与仿真工具结合使用，用于验证设计的正确性。
通过对硬件描述语言编写的代码进行仿真，工程师可以模拟不同输入条件下的系统运行情况，从而验证设计的正确性，发现潜在问题。
二、逻辑设计与硬件描述语言逻辑设计是计算机系统设计的一个重要环节，通过逻辑设计，可以实现计算机系统的各种功能。
硬件描述语言在逻辑设计中扮演着关键的角色。
1. 逻辑门电路的描述：逻辑门电路是计算机系统中最基本的组成部分。
硬件描述语言可以用来描述不同类型的逻辑门电路，并通过逻辑门之间的连接实现复杂的逻辑功能。
2. 状态机的设计：状态机在计算机系统中广泛应用，用于描述系统的状态和状态之间的转换关系。
硬件描述语言可以描述各种类型的状态机，包括Mealy状态机和Moore状态机，并实现其对应的功能。
第九章 硬件描述语言简介
6、关键词 、
关键词是Verilog HDL语言内部的专用词。
三、 模块的两种描述方式 1、行为描述方式 、
行为描述方式通过行为语句来描述电路要实现的功能，表 行为描述方式通过行为语句来描述电路要实现的功能， 示输入与输出间转换的行为，不涉及具体结构。 示输入与输出间转换的行为，不涉及具体结构。
2、结构描述方式 、
本章小结
• 硬件描述语言是用于描述硬件电路的一种专用计 算机编程语言，用它可以对任何复杂的电路进行 完整的功能、动态时间参数甚至功耗参数的描述。 • 作为一种高级语言，Verilog HDL有严格的语法规 定，必须严格按照这些规定编写出的源文件，才 能被应用软件所识度和运行。
第九章*
一、内容提要
硬件描述语言简介
本章简要介绍硬件描述语言。首先简单介绍了 硬件描述语言的基本概念和发展与应用概况，然后 介绍了有关Verilog HDL的基本知识，最后给出了 几个用Verilog HDL描述逻辑电路的实例。
二、本章内容
9.1 概述 概述 9.2 Verilog HDL简介 简介 9.3 用Verilog HDL描述逻辑电路的实例 描述逻辑电路的实例
模块的基本语法结构如下： module <模块名 (<端口列表 模块名> 端口列表 端口列表>) 模块名 <定义 定义> 定义 <模块条目 模块条目> 模块条目 endmodule 根据<定义 模块条目 的描述方法不同，可将模块分成 根据 定义><模块条目 的描述方法不同， 定义 模块条目>的描述方法不同 行为描述模块、结构描述模块，或者是二者的组合。 行为描述模块、结构描述模块，或者是二者的组合。 行为描述模块通过编程语言定义模块的状态和功能 通过编程语言定义模块的状态和功能。 行为描述模块通过编程语言定义模块的状态和功能。 结构描述模块将电路表达为具有层次概念的互相连接的子 结构描述模块将电路表达为具有层次概念的互相连接的子 模块，其最底层的元件必须是Veriolg HDL 支持的基元或已定 模块，其最底层的元件必须是 义过的模块。 义过的模块。
第2章+硬件描述语言
2.1 2.2
VHDL硬件描述语言
Verilog硬件描述语言
电子设计自动化技术（EDA：Electronic Design Automatic） 是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、 计算机技术、智能化技术的最新成果而开发出的电 子CAD通用软件包。 它根据硬件描述语言HDL（Hardware Description Language）描述的设计文件，自动完成逻辑、化简、 分割、综合、优化、布局布线及仿真，直至完成对 于特定目标芯片的适配编译、逻辑映 射和编程下载 等工作。
2.2 Verilog硬件描述语言
Verilog HDL程序由模块构成，模块的内容都 是嵌在module和endmodule两个关键字之间，每个 模块实现特定的功能。模块之间可以进行层次的 嵌套。
2.2.1 Verilog HDL 程序基本结构
module <模块名> (<输入、输出端口列表>);
4）其他运算符
类别
赋值运算符 关联运算符 并置运算符 & <= := =>
运算符
功能 信号赋值
变量赋值
数据类型
例化元件时用于 形参到实参的映 射 连接 bit、std_logic
2.1.3 并行语句
VHDL内部的语句分为两大类：并行语句和顺序语
句。 常用的并行语句有：
信号赋值语句 进程语句（process）
块语句（block）
元件例化语句（component） 生成语句（generate） 并行过程调用语句。
2.1.4 顺序语句 顺序语句只能出现在进程(Process) 、函数（Function)
和过程（Procedure)中。顺序语句包括：信号赋值语 句、变量赋值语句、流程控制语句、等待语句、子 程序调用语句、返回语句、空操作语句等。
VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计 第1章
图1-2 六进制约翰逊计数器原理图
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与六进制计数器模块设计一样，系统的其它模块也按此 方法进行设计。在所有硬件模块设计完成以后，再将各模块 连接起来，进行调试。如有问题，则进行局部修改，直至整 个系统调试完毕为止。
由上述设计过程可以看到，系统硬件的设计是从选择具 体元器件开始的，并用这些元器件进行逻辑电路设计，完成 系统各独立功能模块的设计，然后将各功能模块连接起来， 完成整个系统的硬件设计。上述过程从最底层开始设计，直 至最高层设计完毕，故将这种设计方法称为自下至上的设计 方法。
26
第二层次是RTL方式描述。这一层次称为寄存器传输描 述(又称数据流描述)。如前所述，用行为方式描述的系统结 构的程序其抽象程度高，是很难直接映射到具体的逻辑元件 结构用硬件来实现的。要想得到硬件的具体实现，必须将行 为方式描述的VHDL语言程序改写为RTL方式描述的VHDL 语言程序。也就是说，系统采用RTL方式描述，才能导出系 统的逻辑表达式，才能进行逻辑综合。当然，这里所说的可 以进行逻辑综合是有条件的，它是针对某一特定的逻辑综合 工具而言的。
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传统的硬件电路设计方法已经沿用了几十年，是目前广 大电子工程师所熟悉和掌握的一种方法。但是，随着计算机 技术、大规模集成电路技术的发展，这种传统的设计方法已 大大落后于当今技术的发展。一种崭新的、采用硬件描述语 言的硬件电路设计方法已经兴起，它的出现给硬件电路设计 带来了一次重大的变革。
17
1.2 利用硬件描述语言的硬件电路 设计方法
5
要设计一个六进制计数器，其方案是多种多样的，但是 摆在设计者面前的一个首要问题是如何选择现有的逻辑元器 件构成六进制计数器。设计六进制计数器首先从选择逻辑元 器件开始。
第一步，选择逻辑元器件。由数字电路的基本知识可知， 可以用与非门、或非门、D触发器、JK触发器等基本逻辑元 器件来构成一个计数器。设计者根据电路尽可能简单、价格 合理、购买和使用方便等原则及各自的习惯来选择构成六进 制计数器的元器件。本例中选择JK触发器和D触发器作为构 成六进制计数器的主要元器件。
VHDL硬件描述语言(入门简述)
VHDL
Very High Speed Integrated Circuit Hardware
Description Language 超高速集成电路硬件描述语言
Verilog HDL
Verilog Hardware Description Language Verilog硬件描述语言
【例】 PORT (a,b: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)； q: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)； cout: OUT STD_LOGIC);
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说明：
端口名是输入输出信号的名字。 泸医附院
THE AFFILIATED HOSPITAL OF LUZHOU MEDICAL COLLEGE
结构、功能等。 BEGIN后开始结构和功能的描述。
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【例3-2】一个RS触发器的结构体（数据流描述方式）
泸医附院
THE AFFILIATED HOSPITAL OF LUZHOU MEDICAL COLLEGE
ARCHITECTURE rs OF rsff IS BEGIN q<=NOT(qb AND set); qb<=NOT(q AND reset); END rs;
大写，用户自定义部分用小写。
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2019/11/27
泸医附院
本节三方面内容 THEAFFILIATED HOSPITAL OF
LUZHOU MEDICAL COLLEGE
3.2.1 实体说明 3.2.2 结构体 3.2.3 程序包、库及配置
硬件描述语言与器件考试试题题型
20XX/20XX学年第一学期末考试试题（A卷）硬件描述语言及器件使用班级： XXXXXX一、填空题（20分,每空格1分）1、VHDL语言中标识符通常分为，两种。
2、VHDL对象包含，，， 4个基本数据类型。
3、VHDL语言中，数据类型常量说明的一般格式为：。
4、VHDL中位矢量类型表达为，位向量类型表达为。
5、VHDL语言有，， 3种不同类型的数据变换方法。
6、VHDL中，设D0为“1001”, D1为'0', D2为“0110”。
D0 & D1的运算结果是，D0 & D2的运算结果是。
7、VHDL语言中包括四种运算操作符，分别是，，，和。
8、为了启动进程，VHDL语言中必须包含一个或者。
二、判断对错并给出判断依据（20分，每小题5分，判断对错2分，给出正确判断依据3分）1、进程之间的通信可以通过变量传递来实现。
（）2、VHDL语言的高速性体现在其进程之内的带入语句都是并行执行的。
（）3、语句y <= a when s=”00” elseb when s=”01” elsec when s=”10” elsed;中，s=”00”条件的优先级最高（）4、com1：u1 PORT MAP（a => n1，b => n2，c => m）；语句中采用了位置映射的信号端口映射方式。
（）三、判断题（10分）use ieee.std_logic_1164.all；use ieee.std_logic_arith.all；use ieee.std_logic_unsigned.all；以上库和程序包声明是否完整？，如果不完整请添加entity rom isport(addr: in std_logic；ce: in std_logic；data:out std_logic_vector(7 to 0))；end rom；以上实体定义有无错误？，有的话请改正原语句architecture behave of entity isbeginprocess（ce,addr）beginif ce='0'case addr iswhen ‘0’=>data<="10001001"；when others=>data<="10011000"；elseif data<="00000000"；end ifend behave；以上architecture中划线各行有无错误？请在相应行划线位置判断并改正。
Verilog硬件描述语言Verilog HDL设计方法概述
建 模 能 力 的 比 较
1.4 Verilog HDL目前的应用情况 和适用的设计
在美国，在高层逻辑电路设计领域Verilog HDL和 VHDL的应用比率是60％和40％，在其它地区各为 50％。Verilog HDL是专门为复杂数字逻辑电路和 系统的设计仿真而开发的，本身就非常适合复杂 数字逻辑电路和系统的仿真和综合。由于Verilog HDL在其门级描述的底层，也就是在晶体管开关的 描述方面比VHDL有强得多得功能，所以即使是 VHDL的设计环境，在底层实质上也是由Verilog HDL描述的器件库所支持的。
近年来，FPGA和ASIC的设计在规模和复杂度 方面不断取得进展，而对逻辑电路及系统的设 计的时间要求却越来越短。这些因素促使设计 人员采用高水准的设计工具，如：硬件描述语 言(Verilog HDL或VHDL)来进行设计。
1.5.2. Verilog HDL设计法与传统的电路 设计法与传统的电路 原理图输入法的比较
采用电路原理图输入法进行设计，具有设计 的周期长，需要专门的设计工具，需手工布线等 缺陷。 而采用Verilog HDL设计时具有以下优点： 1、设计者可以在非常抽象的层次上对线路进 行描述而不必选择特定的制造工艺。逻辑综合工 具可以将设计自动转换成任意一种制造工艺版图。 如果出现新的制造工艺，设计者不必对电路进行 重新设计，只要将RTL级描述输入综合工具，即可 生成针对新工艺的门级网表。（工艺无关性）。
硬核(Hard Core) 在某一种专用半导体集成电路 工艺的（ASIC）器件上实现的经验证是正确的 总门数在5000门以上的电路结构掩膜，称之为 “硬核”。 为了逻辑电路设计成果的积累，和更快更好地 设计更大规模的电路，发展软核的设计和推广 软核的重用技术是非常有必要的。新一代的数 字逻辑电路设计师必须掌握这方面的知识和技 术。
硬件描述语言(VHDL)
(1)体内配置指定
(2)体外配置说明
由于体外配置语句是一个独立的编译单位， 故需给它指定一个单位名—配置名。实体 名和结构体名为需对例元做配置的实体及 相应的结构体。
(3)直接例化
二. VHDL语言的数据对象，数据类型
TYPE week IS(sum,mon,tue,wed,thu,fri,sat);
2.整数，实数(Integer,Real)类型 格式：TYPE 数据类型名 IS 数据类型定义约束范围
TYPE twos IS INTEGER RANGE –32768 TO 32767; TYPE voltage IS REAL RANGE 0.0 TO 10.0;
结构体的子结构描述：
BLOCK,PROCESS,SUBPROGRAM三种语句结构
1. BLOCK语句结构描述
格式: 块结构名: BLOCK BEGIN ….
END BLOCK 块结构名；
在对程序进行仿真时，BLOCK语句中所描述的各个语 句是可以并发执行的，它与书写顺序无关。 卫式BLOCK语句的格式:：BLOCK [卫式布尔表达式]； 当卫式布尔表达式为真时，BLOCK语句执行。
为了能重复使用这些函数和过程，这些程 序通常组织在包集合库中。 (1)多个过程和函数汇集在一起就构成一个 包集合（Package)。 (2)n个包集合汇集在一起就形成一个库 （Library)。
(三) 包集合，库及配置
1.库(Library):它是一个经过编译后的数据的集合， 存放包集合EE库，STD库，ASIC矢量库， WORK库，用户定义库。
【什么是硬件描述语言】 硬件描述语言有多少种
竭诚为您提供优质的服务，优质的文档，谢谢阅读/双击去除【什么是硬件描述语言】硬件描述语言有多少种什么是硬件描述语言，你知道吗?今天就让小编来教下大家吧，快来看看吧，希望能让大家有所收获!什么是硬件描述语言硬件描述语言hDL是一种用形式化方法描述数字电路和系统的语言。
利用这种语言，数字电路系统的设计可以从上层到下层(从抽象到具体)逐层描述自己的设计思想，用一系列分层次的模块来表示极其复杂的数字系统。
然后，利用电子设计自动化(eDA)工具，逐层进行仿真验证，再把其中需要变为实际电路的模块组合，经过自动综合工具转换到门级电路网表。
接下去，再用专用集成电路AsIc或现场可编程门阵列FpgA自动布局布线工具，把网表转换为要实现的具体电路布线结构。
硬件描述语言的概述随着eDA技术的发展，使用硬件语言设计pLD/FpgA成为一种趋势。
目前最主要的硬件描述语言是VhDL和VeriloghDL。
VhDL发展的较早，语法严格，而VeriloghDL 是在c语言的基础上发展起来的一种硬件描述语言，语法较自由。
VhDL和VeriloghDL两者相比，VhDL的书写规则比Verilog烦琐一些，但verilog自由的语法也容易让少数初学者出错。
国外电子专业很多会在本科阶段教授VhDL,在研究生阶段教授verilog。
从国内来看，VhDL的参考书很多，便于查找资料，而VeriloghDL的参考书相对较少，这给学习VeriloghDL带来一些困难。
从eDA技术的发展上看，已出现用于cpLD/FpgA设计的硬件c语言编译软件，虽然还不成熟，应用极少，但它有可能会成为继VhDL和Verilog之后，设计大规模cpLD/FpgA的又一种手段。
硬件描述语言的结构硬件描述语言的优点(1)与其他的硬件描述语言相比，VhDL具有更强的行为描述能力，从而决定了他成为系统设计领域最佳的硬件描述语言。
强大的行为描述能力是避开具体的器件结构，从逻辑行为上描述和设计大规模电子系统的重要保证。
什么是硬件描述语言
什么是硬件描述语言什么是硬件描述语言，你知道吗?今天就让店铺来教下大家吧，快来看看吧，希望能让大家有所收获!什么是硬件描述语言硬件描述语言HDL是一种用形式化方法描述数字电路和系统的语言。
利用这种语言，数字电路系统的设计可以从上层到下层(从抽象到具体)逐层描述自己的设计思想，用一系列分层次的模块来表示极其复杂的数字系统。
然后，利用电子设计自动化(EDA)工具，逐层进行仿真验证，再把其中需要变为实际电路的模块组合，经过自动综合工具转换到门级电路网表。
接下去，再用专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA自动布局布线工具，把网表转换为要实现的具体电路布线结构。
硬件描述语言的概述随着EDA技术的发展，使用硬件语言设计PLD/FPGA成为一种趋势。
目前最主要的硬件描述语言是VHDL和Verilog HDL。
VHDL发展的较早，语法严格，而Verilog HDL是在C语言的基础上发展起来的一种硬件描述语言，语法较自由。
VHDL和Verilog HDL两者相比，VHDL的书写规则比Verilog烦琐一些，但verilog自由的语法也容易让少数初学者出错。
国外电子专业很多会在本科阶段教授VHDL,在研究生阶段教授verilog。
从国内来看，VHDL的参考书很多，便于查找资料，而Verilog HDL的参考书相对较少，这给学习Verilog HDL带来一些困难。
从EDA技术的发展上看，已出现用于CPLD/FPGA设计的硬件C语言编译软件，虽然还不成熟，应用极少，但它有可能会成为继VHDL和Verilog之后，设计大规模CPLD/FPGA的又一种手段。
硬件描述语言的结构硬件描述语言的优点(1)与其他的硬件描述语言相比，VHDL具有更强的行为描述能力，从而决定了他成为系统设计领域最佳的硬件描述语言。
强大的行为描述能力是避开具体的器件结构，从逻辑行为上描述和设计大规模电子系统的重要保证。
(2)VHDL丰富的仿真语句和库函数，使得在任何大系统的设计早期就能查验设计系统的功能可行性，随时可对设计进行仿真模拟。
硬件描述语言及器件
y<=a when c='0' else b;
3 行为描述法
行为描述用于表示输入与输出间转换的行为，它不需要包 含任何结构方面的信息。
采用自顶向下的设计方法进行集成电路（硬件）设计时， 经常是在设计的最初阶段采用行为描述的方法，将整个电 路的基本框架结构建立起来，即将整个设计分为若干功能 模块，每个功能模块均使用行为描述语句描述其要实现的 功能。在确定整个设计思路和方法正确之后，再对整个设 计进行细分，将各个功能模块使用结构描述的方法具体实 现，以完成设计。
1）when 2）when
语句； 3）when 4）when
条件选择值=〉语句； 条件选择值| 条件选择值 | … | 条件选择值=〉
条件选择值 to 条件选择值 =〉语句； others =〉顺序语句；
选择语句要做到把所有条件都考虑进去，否则会使整个逻 辑进入不确定状态。解决方法：when others
循环语句
For-loop语句用于循环次数确定的循环，while－loop用 于由条件约束的循环（不作要求）。
对比 for-generate 和 for-loop ，二者的效果是一样的， 但前者可以用于结构体，后者不能，只能用于进程。
循环变量不必定义，不能给循环变量赋值，但可以把循环 变量的值作为赋值源。
元器件： 非门（反相器）2个
三输入与门4个
首先分别使用VHDL语言建立两个工程，分别实现反相器和 三输入与门的逻辑，作为备用元件。（P62，例3-25/26）
其次建立译码器工程，采用component语句声明上述两个 备用元件，在结构体中采用port map 语句完成上图中各 元件的连接。(P63，例3-27)
第7讲： 结构体的描述风格
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可编程逻辑器件----起源
当今社会是数字化的社会，是数字集成电路广 泛应用的社会。数字集成电路本身在不断地进行 更新换代，由早期的电子管、晶体管、小中规模 集成电路、发展到超大规模集成电路以及许多具 有特定功能的专用集成电路。但是，随着微电子 技术的发展，设计与制造集成电路的任务已不完 全由半导体厂商来独立承担。系统设计师们更愿 意自己设计专用集成电路(ASIC)芯片，而且希望 ASIC的设计周期尽可能短，最好是在实验室里就 能设计出合适的ASIC芯片，并且立即投入实际应 用之中，因而出现了现场可编程逻辑器件(FPLD)， 其中应用最广泛的当属现场可编程门阵列(FPGA) 和复杂可编程逻辑器件(CPLD)。
Altera公司FPGA简介
• Cyclone，CycloneII系列； • Startix，StratixII系列； • FLEX10K/E,ACEX1K系列。
Cyclone
• Altera中等规模FPGA，2003年推出， 0.13um工艺,1.5v内核供电，与Stratix结构 类似，是一种低成本FPGA系列 ，是目前 主流产品，其配置芯片也改用全新的产品。 • 简评：Altera最成功的器件之一，性价比 不错，是一种适合中低端应用的通用 FPGA，推荐使用。
– 最大的PLD供应商之一
•
– FPGA的发明者，最大的PLD供应商之 一
•
– ISP技术的发明者
•
– 提供军品及宇航级产品
FPGA／CPLD 概述 ／ 概述----生产厂商及市场情况
排名 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 公司 Altera Xilinx Vantis Lattice Actel Luccent Cypress Atmel Philips Quicklogic 销售额(亿美元) 5.96 5.74 2.20 2.18 1.39 0.85 0.44 0.42 0.28 0.24 市场占有率 30.1 29.0 11.1 11.0 7.0 4.3 2.2 2.1 1.4 1.2
Altera和Xilinx----最主要的芯片供应商
ilinx提供的。可以讲Altera和Xilinx共同决 定了PLD技术的发展方向。 • 通常来说，在欧洲用Xilinx的人多，在日本 和亚太地区用Altera 的人多，在美国则是 平分秋色。
什么是PLD/FPGA?
PLD (Programable Logic Device) 可编程逻辑器件 FPGA （Field Programable Gate Array) 现场可编程门阵列 两者的功能基本相同，只是实现原理略 有不同，所以我们有时可以忽略这两者的区 别,统称为可编程逻辑器件或PLD/FPGA。
选择PLD还是 还是FPGA？ 选择 还是 ？
• PLD适合用于设计译码等复杂组合逻辑 • 如果设计中使用到大量触发器，例如设计 一个复杂的时序逻辑，那么使用FPGA就是 一个很好选择。 • 如果系统要可编程逻辑器件上电就要工作， 那么就应该选择PLD。
大的PLD生产厂家
•
CPLD/FPGA的区别
简单的说： CPLD不需要配置外部程序寄存芯片 FPGA需要配置外部程序寄存芯片。
CPLD/FPGA的组成
• 一个二维的逻辑块阵列，构成了PLD器件的 逻辑组成核心。 • 输入／输出块：连接逻辑块的互连资源。 • 连线资源：由各种长度的连线线段组成， 其中也有一些可编程的连接开关，它们用 于逻辑块之间、逻辑块与输入／输出块之 间的连接。
CPLD/FPGA的区别
不同厂家的叫法不尽相同，Xilinx把基于查找 表技术，SRAM工艺，要外挂配置用的EEPROM 的PLD叫FPGA；把基于乘积项技术，Flash（类 似EEPROM工艺）工艺的PLD叫CPLD; Altera 把 自己的PLD产品:MAX系列（乘积项技术， EEPROM工艺）,FLEX系列（查找表技术， SRAM工艺）都叫作CPLD,即复杂PLD(Complex PLD),由于FLEX系列也是SRAM工艺,基于查找表 技术，要外挂配置用的EPROM,用法和Xilinx的 FPGA一样，所以很多人把Altera的FELX系列产 品也叫做FPGA.
• f=(A+B)*C*(!D)=A*C*!D + B*C*!D
• f= f1 + f2 = (A*C*!D) + (B*C*!D)
查找表（ 查找表（Look-Up-Table)的原理 的原理
• 每输入一个信号进行逻辑运算就等于输入一个地 址进行查表
基于查找表（ 基于查找表（LUT)的FPGA结构 的 结构
xilinx Spartan-II
芯片内部结构
Slices结构 结构
基于查找表（ 基于查找表（LUT)的FPGA结构 的 结构
Altera FLEX/ACE
芯片内部结构
（LE）内部结构 ）
查找表结构的FPGA逻辑实现原理 逻辑实现原理 查找表结构的
• f=(A+B)*C*(!D)=A*C*!D + B*C*!D • A,B,C,D由FPGA芯片的管脚输入后进入 可编程连线，然后作为地址线连到到 LUT，LUT中已经事先写入了所有可能的 逻辑结果，通过地址查找到相应的数据 然后输出，这样组合逻辑就实现了。
Altera公司PLD简介
• MAXII系列 • MAX7000S/AE/B， MAX3000A系列 ， 系列
MAXII系列 系列
• 新一代PLD器件，0.18um falsh工艺，2004年底 推出，采用FPGA结构,配置芯片集成在内部，和 普通PLD一样上电即可工作。容量比上一代大大 增加，内部集成一片8Kbits串行EEPROM，增加 很多功能。MAXII采用2.5v或者3.3v内核电压， MAXII G系列采用1.8v内核电压。 • 简评：性价比不错，未来几年主流器件，推荐使 用，不过MAXII容量较大，对于只需要几十个逻 辑单元的简单逻辑应用，建议使用小容量的 EPM3000A系列芯片。
典型的PLD的框图
兰色：逻辑单元 红色：连线资源 黄色：输入输出块
对用户而言，CPLD与FPGA的内部结构稍有不同，但 用法一样，所以多数情况下，不加以区分
基于乘积项（ 基于乘积项（Product-Term)的PLD结构 的 结构
宏单元的具体结构见下图
乘积项结构PLD的逻辑实现原理 的逻辑实现原理 乘积项结构
早期的可编程逻辑器件
早期的可编程逻辑器件只有可编程只读存贮器 (PROM)、紫外线可擦除只读存贮器(EPROM)和电可 擦除只读存贮器(EEPROM)三种。由于结构的限制， 它们只能完成简单的数字逻辑功能。 其后，出现了一类结构上稍复杂的可编程芯片， 即可编程逻辑器件(PLD)，它能够完成各种数字逻辑功 能。典型的PLD由一个“与”门和一个“或”门阵列 组成，而任意一个组合逻辑都可以用“与一或”表达 式来描述，所以， PLD能以乘积和的形式完成大量的 组合逻辑功能。 如PAL、PLA、GAL等
MAX7000S/AE/B MAX3000A系列 系列
• 5v/3.3vEEPOM工艺PLD，是ALTERA公司销量 最大的产品，已生产5000万片，从32个到1024个 宏单元。 MAX3000A是Altera公司99年推出的 3.3v 低价格EEPOM工艺PLD,从32个到512个宏 单元,结构与MAX7000基本一样。 • 简评：MAX7000曾经红极一时，目前已经不推广， MAX3000A仍然是主流器件，但会逐渐被MAXII 取代，建议100个逻辑单元以上的设计改用MAXII。 由于MAXII没有小容量型号，3032，3064，3128 仍然会广泛使用。
PROM的 阵列结构
PLA的 阵列结构
PAL(GAL) 的阵列结构
早期器件的阵列结构对比
与阵列 PROM PLA PAL GAL 固定 可编程 可编程 可编程 或阵列 可编程 可编程 固定 固定
CPLD/FPGA的出现
20世纪80年代中期。 Altera和Xilinx分别推出 了类似于PAL结构的扩展型 CPLD(Complex Programmab1e Logic Dvice)和与标准门阵列类 似的FPGA(Field Programmable Gate Array)， 特点：体系结构和逻辑单元灵活、集成度高、 适用范围宽、兼容PLD和通用门阵列的优点，可 实现较大规模的电路，编程灵活。 优点：设计开发周期短、设计制造成本低、开 发工具先进、标准产品无需测试、质量稳定以及 可实时在线检验等。
某测试台模拟数字部分要求
• 测试台根据计算机的波形数据生成10路低 频模拟号（最多可扩展到16路）和5路数字 信号（最多可扩展到8路）。 • 测试台自动采集9路模拟信号（最多可扩展 到16路）和36路数字信号（最多可扩展到 40路。 • 测试台可自动采集内部电源。
设计方案
方 案 细 化
原理图
•
课程安排
讲授部分： • 可编程逻辑器件基础 • VHDL语言程序的基本结构 • 数据类型及运算操作符 • 构造体的描述方式 • VHDL语言的主要描述语句 • 基本逻辑电路设计 考察部分： • 交五次作业 • 做四、五次实验
第一部分 可编程逻辑器件基础
• 1、掌握CPLD 和FPGA的概念、特点和用途 • 2、了解可编程逻辑器件和硬件描述语言的发展历 程、发展现状及发展方向 • 3、了解常见的可编程逻辑器件 • 4、了解CPLD和FPGA器件的基本结构和基于乘 积项的结构原理、组成模块 • 5、掌握硬件描述语言的基本设计方法
课程内容、基本要求
• 本课程要求讲述硬件描述语言及实现其功能的 可编程逻辑器件的基本知识及其应用，学会应 用硬件描述语言进行数字逻辑电路的设计；通 过该课程的学习，使学生能够应用硬件描述语 言进行数字电路系统的设计。 本课程是一门实践性很强的课程。要求学生通 过实验环节把所学的内容巩固和掌握，要求在 CAI教室进行授课，并且教学和实验交替进行。