2.2 VHDL结构体的子结构描述

同
➢函数和过程中都必须是顺序语句 ➢函数和过程的定义语句中都不能定义信号
程序包(package）
功能： 使已定义的常数、数据类型、函数、过程等能被其他 设计共享的一种数据结构。
格式：
PACKAGE 程序包名 IS 程序包首说明； END 程序包名；
-- 程序包首
PACKAGE BODY 程序包名 IS -- 程序包体 程序包体说明部分以及包体； END 程序包名；
• Process通常带敏感信号，当敏感信号发生变化时将启动 进程。
• 可以有多个Process存在，通过信号进行通信，传递信息。 变量只在Process内部定义。
3. 应用举例
• 例 1 三态缓冲器
• library ieee;
• use std_logic_1164.all;
• entity tri_gate is
✓ std_logic_arith; ✓ std_logic_unsigned; ✓ std_logic_signed; ✓ standard; （VHDL标准包，定义VHDL基本数据类型，子类
型，函数等） ✓ textio; （仿真）
1、库的介绍
库(library）
✓ 是编译后的数据的集合，它存放包、实体、构造体定义和配置定义。 ✓ 库说明总是放在设计单元的最前面。
库(library）
IEEE库包含程序包：
• std_logic_1164; • std_logic_arith; • std_logic unsigned; • std_logic_signed;
STD库包含程序包：
Standard： （VHDL 标准包，定义VHDL基 本数据类型，子类型， 函数等） textio; （仿真）
END PROCESS B;
子程序（SUBPROGRAM）
• 过程（PROCEDURE） • 函数（FUNCTION）
过程（procedure)
功能：相当于一般语言中的子程序，实现程序嵌 套。
格式：
procedure 过程名 （参数表）；
--过程首
procedure 过程名 （参数表） is
--过程体
begin
g1: block ( clk =‘1’)
-- （）内是保护表达式，为布尔型
begin
q <= guarded d after 5 ns; --由guarded引导防护语句
qb <= not (d) after 7 ns;
end block g1;
end behav;
✓ 保护条件为真时，保护表达式才起作用，而对非保护表达式不 起作用。
✓ 综合器不支持BLOCK语句。并且在仿真过程中 有其他办法代替BLOCK语句功能，故较少用。
块(BLOCK）
2、BLOCK的应用举例
entity latch is
port ( d , clk : in bit ;
q, qb: out bit);
end latch;
architecture behav of latch is
函数（function)
• 在VHDL中有多种函数形式，包括用户自定 义的函数和在库中现成的具有专用功能的 预定义函数。
• 如果将一个已编制好的函数并入程序包， 函数首必须放在程序包首，而函数体需放 在程序包的包体内。
• 如果在一个结构体或进程中定义函数，则 仅需函数体。
函数（function)
BEGIN [并行语句]
END BLOCK 块标号；
块(BLOCK）
2、BLOCK的应用
✓ BLOCK用于仿真、查错
✓ BLOCK是VHDL中的一种划分机制，每个Block块 相当于一张子原理图。
✓ BLOCK语句的应用只是一种将结构体中的并行 语句进行组合的方法，它的主要目的是改善并 行语句及其结构的可读性，或是利用BLOCK的 保护表达式关闭某些信号。
end inverter;
architecture behav of inverter is begin
process (x) y <= invert (x) after 2ns; -- 函数调用 end process; end behav;
程序包(package）
常见的程序包
✓ std_logic_1164; （VHDL标准包，定义VHDL基本数据类型， 子类型，函数等）
if x =‘1’ and y=‘1’ then O<= ‘1’; else O<=‘0’; end if ; end and2; 过程调用： signal a : bit := ‘1’; signal b : bit :=‘0’; signal c : bit; …… And2 ( a , b , c); -- 过程调用时，注意形参和实参数据类型的一致性 ……
常用库：IEEE库（STD-LOGIC-1164，STD-LOGIC-1076） STD库（VHDL标准库） WORK库（作业库，调用时不需说明）
使库可见的方法： LIBRARY IEEE； USE IEEE.STD-LOGIC-1164.ALL； USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
begin if (To_A’event and To_A =‘1’) then To_B<=‘1’ after 20ns; ‘0’ after 30ns; end if;
END PROCESS A; B : PROCESS(To_B)
begin if (To_B’event and To_B=‘1’) then To_A <=‘1’ after 20ns; ‘0’ after 30ns; end if;
• 注意：如果一个过程是在进程中调用，且这个进 程已列出敏感参数表，则不能在此过程中使用 WAIT语句。（进程有两种启动方式：敏感参数表 和WAIT语句）。
过程（procedure)
例： procedure and2 ( x, y : in bit; O : out bit); -- 过程首 procedure and2 ( x, y : in bit; O : out bit) is -- 过程体 begin
进程工作原理
进程1
系统上电
进程挂起
N
敏感信号发生变化？
Y 顺序语句1
顺序语句2
进程2
进程挂起
N
敏感信号发生变化？
Y 顺序语句1
顺序语句2
顺序语句n
顺序语句n
进程语句（PROCESS）
2. 应用说明 • 进程之间是并行的，改变进程之间的顺序对综合和仿真无
影响。
• Process中的语句是顺序执行的，不过其中的信号赋值语 句也可以说是并行的。
函数（function)
功能：将常用的算法包装成子程序，利于共享。
格式：
function 函数名 （参数表） return 数据类型； -- 函数首
function 函数名 （参数表） return 数据类型 is -- 函数体
[ 定义语句 ]；
--与过程一样
begin
[顺序语句]；
end [函数名]；
return (x and y) or y; end sam; begin
process (a) begin
m(0) <= sam ( a(0), a(1), a(2) ); -- 调用函数 SAM m(1) <= sam ( a(2), a(0), a(1) ); m(2) <= sam ( a(1), a(2), a(0) ); end process; end demo;
2.2 VHDL结构体的子结构描述
3种子结构描述
• 块结构语句（Block） • 进程语句（Process） • 子程序结构（Subprograms）
– 过程（Procedure） – 函数（Function）
1、格式
块(ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱLOCK）
块标号：BLOCK [（块保护表达式）] -块标号是必须的 [接口说明] [类属说明]
end case; end invert; end logic;
程序包(package）
应用
use work.logic.three_level_logic ; -- 使程序包相关定义可见
use work.logic.invert;
-- 或use work.logic.all; 全部定义可见
entity inverter is port (x: in three_level_logic; y : out three_level_logic);
• begin
• process (din, en)
• if en=’1’ then dout <= din;
• else dout <= “ZZZZZZZZ”;
• end if;
• end process;
• end behav;
多进程的同步
例2 多进程的同步 Architecture behave of proc_syn is Signal To_A, To_B:std_logic; Begin A : PROCESS(To_A)
entity func is port ( a : in bit_vector (0 to 2) ; m : out bit_vector (0 to 2));
end func; architecture demo of func is function sam (x, y, z : bit) return bit is -- 定义函数sam， 函数体 begin
进程语句（PROCESS）
功能：表达结构体内具有条件执行或是顺序执行的
语句。
1.格式
格式1： [进程标号：] PROCESS (敏感信号）
[进程说明部分]； BEGIN
[顺序描述语句]; END PROCESS [进程标号]；
进程语句（PROCESS）
格式2： [进程标号：] PROCESS [进程说明部分]； BEGIN WAIT UNTIL（进程激活条件） [顺序描述语句]; END PROCESS [进程标号]；
end logic ; package body logic is
function invert (input : three_level_logic) return three_level_logic is begin
case input is when ‘0’ => return ‘1’; when ‘1’ => return ‘0’; when ‘z’ => return ‘z’;
• port ( en: in std_logic;
•
din : in std_logic_vector (7 downto 0);
•
dout: out std_logic_vector (7 downto 0));
• end tri_gate;
• architecture behav of tri_gate is
程序包(package）
例： package logic is type three_level_logic is (‘0’,’1’,’z’); constant unknown_velue : three_level_logic := ‘0’; function invert (input : three_level_logic) return three_level_logic;
函数与过程的异同
异：
➢过程常用来定义一个算法，而函数则常用来产生一个特定的 返回值； ➢过程中参数的端口模式一般是IN、OUT或INOUT，而函数 中参数的模式只能是IN。 ➢过程中可以有WAIT语句（但综合器一般不支持），函数中 不能； ➢过程有多个返回值，函数只有一个返回值； ➢函数调用语句只能用在赋值语句或表达式中，过程调用语句 可独立存在。
[定义语句]；
--变量、常量、数据类型定义，且 只在过程中有效
begin
[顺序处理语句]； --过程语句
end 过程名；
过程（procedure)
• 如果将过程放入包（PACKAGE）中时，过程首 在包首中，过程体在包体中。
• 如果过程直接在结构体或进程中定义时，不需要 过程首。
• 过程参数表中的参数用IN、OUT、INOUT定义其 端口模式。