第1章 VHDL语言基础
VHDL语言_进程描述语法
进程描述语法
本章小结 一 进程和进程之间是并发关系，一个进程内的语句是
顺序逐条执行的 二 只有当敏感信号的值发生变化时，进程才开始运行 三 进程中定义的变量只能在进程中使用，和结构体中
定义的信号不同，信号赋值采用<=,变量赋值采用:=
进程里不可以存在条件信号赋值语句和选择信号
赋值语句等并行赋值语句。 例4.4
例4.3
library ieee;
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_1164.all;
entity mux21 is
entity mux21 is
进程描述语法
进程描述格式的解释： 1）进程由关键字process开始，在结构体内声明的信号、 常数、函数等都可以在进程中使用。在进程内部可以定义进 程内部使用的变量。 2）进程关键字后的信号列表称为敏感信号表，敏感信号决 定进程是否运行。当敏感信号的值发生变化，进程开始运行 ，从进程中的第一条语句逐行执行到最后一行。 3）没有敏感信号列表，则必须有wait until语句，使用的 格式为：
编译报错 ERROR：sequential signal assignment ERROR: found illegal use of a selected signal
cannot contain conditional waveforms
assignment statement in process statement part
进程描述语法
3.2 变量赋值语句 格式为 变量名：=表达式；
采用进程描述素数检测逻辑电路的例子如下：
architecture li8_arch of li8 is --结构体
第1章VHDL语言基础
位矢量（BIT_VECTOR）。若端口定义为BIT，则其信号值 是一个1位的二进制数，取值只能是0或1；若端口定义为 BIT_VECTOR，则其信号值是一组二进制数。
➢ 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。当把这个符号例化成一个实际的器 件安装到电路上时，则需用配置语句为这个例化的器件指 定一个结构体(即指定一种实现方案)，或由编译器自动选一 个结构体。
1. 结构体的一般语句格式 ARCHITECTURE 结构体名 OF 实体名 IS [说明语句;] BEGIN [功能描述语句;] END [ARCHITECTURE] [结构体名]；
1.1 VHDL程序基本结构
一、VHDL程序设计约定 ➢ 语句结构描述中方括号“[ ]”内的内容为可选内容。 ➢ 对于VHDL的编译器和综合器来说，程序文字的大小写是不
加区分的。 ➢ 程序中的注释使用双横线“- -”。 ➢ 源程序命名与实体同名（MAX+plus Ⅱ要求）。
二、VHDL程序设计引例（ 74LS00的设计 ）
③ 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。
④ 子程序调用语句用于调用一个已设计好的子程序。
⑤ 元件例化语句对其他的设计实体作元件调用说明，并将此元 件的端口与其他的元件、信号或高层次实体的界面端口进行 连接。
A
A NAND2
Y
Y
B
B
(a)
A1
A NAND2
U1 Y
Y1
B1
B
A2
A NAND2
第一章VHDL文本输入设计方法
第一章VHDL文本输入设计方法1.1 编辑输入并存盘VHDL原文件首先应该建立好工作库目录，以作设计工程项目的工作库。
例如设文件夹为：E:\muxfile ，以便将设计过程中的相关文件存储在此。
任何一项设计都是一项工程（Project），都必须首先为此工程建立一个放置与此工程相关文件的文件夹，此文件夹将被EDA软件默认为工作库（Work Library）。
注意，文件夹不能用中文。
然后打开MAX+plusII，选择菜单“File”→“New…”，出现对话框，在框中选中“Text Editor file”，按“OK”按钮，即选中了文本编辑方式。
在出现的“Untitled-Text Editor”文本编辑窗(图1-1)中键入图1-1所示的VHDL程序（2选1多路选择器），毕后，选择菜单“File→Save”，即出现如图1-1所示的“Save As”对话框。
首先在“Directories”目录框中选择自己已建立好的存放本文件的目录E:\MUXFILE（用鼠标双击此目录，使其打开），然后在“File Name”框中键入文件名“MUX21A.VHD”，按“OK”按钮，即把输入的文件放在目录E:\MUXFILE中了。
注意，1、VHDL程序文本存盘的文件名必须与文件的实体名一致，如MUX21A.VHD；2、文件的后缀将决定使用的语言形式，在MAX+plusII中，后缀为.VHD表示VHDL文件；后缀为.TDF表示AHDL文件等。
如果后缀正确，存盘后对应该语言的文件中的主要关键词都会改变颜色。
1.2 将当前设计设定为工程为了使Max+plusII能对输入的设计项目进行处理，在编译/综合MUX21A.VHD之前，需要设置此文件为顶层文件，或称工程文件：Project，或者说将此项设计设置成工程：选择菜单“File”→Project→“Set Project to Current File”，当前的设计工程即被指定为MUX21A 。
Verilog HDL数字设计教程(贺敬凯)第1章
路网表。
第1章 Verilog HDL数字设计综述
波形图输入方法则是将待设计的电路看成是一个黑盒子，
只需告诉EDA工具该黑盒子电路的输入和输出时序波形图，
EDA工具就可以完成黑盒子电路的设计。 原理图输入方法是一种类似于传统电子设计方法的原理 图编辑输入方式，即在EDA软件的图形编辑界面上绘制能完 成特定功能的电路原理图。原理图由逻辑器件(符号)和连接
理图和信号的连接表，如果是一个大的系统，将是一大摞图
纸，以后系统若出现问题，查找、修改起来都很麻烦。
第1章 Verilog HDL数字设计综述
上述过程是从底层开始，或在已有的功能模块的基础上 来搭建高层次的模块直至整个系统的。因此这种传统的电子 系统的设计过程是一种自底向上(Bottom-Up)的设计，设计 过程必须从存在的基本单元模块出发，基本单元模块必须是 已经设计成熟的标准单元模块或其他项目已开发好的单元模 块。
第1章 Verilog HDL数字设计综述
本书所有设计最终的实现目标主要定位于FPGA，因此下
面重点介绍FPGA的开发流程。FPGA的EDA开发流程如图1-3
所示。
第1章 Verilog HDL数字设计综述
图1-3 FPGA的EDA开发流程
第1章 Verilog HDL数字设计综述
从图1-3可以看出，FPGA的开发流程与图1-2所示的用 EDA工具设计数字系统的流程基本相同，都需要设计输入、 功能仿真、逻辑综合、布局布线(适配)、时序仿真、物理实 现等几个步骤。下面将分别介绍主要设计模块的功能特点。
第1章 Verilog HDL数字设计综述
1. 设计输入 在EDA软件平台上开发FPGA/CPLD时，首先要将电路系 统以一定的表达方式输入计算机。通常，EDA工具的设计输 入可分为以下两种类型：
EDA技术与VHDL程序设计基础教程
二、EDA技术的发展历程和未来展望
现代EDA技术是20世纪90年代初从计算机辅助设计、辅助制造和辅 助测试等工程概念发展而来的。它的成熟主要经历了三个阶段，即：
计算机辅助设计（CAD，Computer Aided Design） 计算机辅助工程设计（CAED，Computer Aided Engineering Design） 电子设计自动化（EDA，Electronic System DesignAutomation）。
11 111 111 11111111 11
&
≥1
&
≥1
&
≥1
&
≥1
1
三、 CPLD的基本结构和工作原理
1.输出逻辑宏单元 2.控制电路
3.全局布线区
属于ispLSI中的一种专用内部 互联结构。起作用是将GLB的 输出信号或I/O单元的输入信 号与GLB的输入端连接
EDA技术主要有四个方面： 1、可编程逻辑器件，即应用EDA技术完成电子系统设计的载体； 2、硬件描述语言（VHDL 或者 Verilog）。它用来描述系统的结构和功
能，是EDA的主要表达手段； 3、配套的软件工具。它用来完成电子系统的智能化设计； 4、实验开发系统。在整个EDA设计电子系统的过程中，实验开发系统是 实现可编程器件下载和验证的工具，
第2章
重点内容：
CPLD结构和工作原理 FPGA结构和工作原理 FPGA配置方式 CPLD/FPGA应用选型
一、可编程逻辑器件概述
可编程逻辑器件 PROM、PLA和PAL的原理和特性
PROM
基于二极管和三极管 的一次可编程PROM单 字线
元
二极管
上拉电阻
《verilog_数字系统设计课程》(第二版)思考题答案
绪论1.什么是信号处理电路？它通常由哪两大部分组成？信号处理电路是进行一些复杂的数字运算和数据处理，并且又有实时响应要求的电路。
它通常有高速数据通道接口和高速算法电路两大部分组成。
2.为什么要设计专用的信号处理电路？因为有的数字信号处理对时间的要求非常苛刻，以至于用高速的通用处理器也无法在规定的时间内完成必要的运算。
通用微处理器芯片是为一般目的而设计的，运算的步骤必须通过程序编译后生成的机器码指令加载到存储器中，然后在微处理器芯片控制下，按时钟的节拍，逐条取出指令分析指令和执行指令，直到程序的结束。
微处理器芯片中的内部总线和运算部件也是为通用目的而设计，即使是专为信号处理而设计的通用微处理器，因为它的通用性也不可能为某一特殊的算法来设计一系列的专用的运算电路而且其内部总线的宽度也不能随便的改变，只有通过改变程序，才能实现这个特殊的算法，因而其算法速度也受到限制所以要设计专用的信号处理电路。
3.什么是实时处理系统？实时处理系统是具有实时响应的处理系统。
4.为什么要用硬件描述语言来设计复杂的算法逻辑电路？因为现代复杂数字逻辑系统的设计都是借助于EDA工具完成的，无论电路系统的仿真和综合都需要掌握硬件描述语言。
5.能不能完全用C语言来代替硬件描述语言进行算法逻辑电路的设计？不能，因为基础算法的描述和验证通常用C语言来做。
如果要设计一个专用的电路来进行这种对速度有要求的实时数据处理，除了以上C语言外，还须编写硬件描述语言程序进行仿真以便从电路结构上保证算法能在规定的时间内完成，并能通过与前端和后端的设备接口正确无误地交换数据。
6.为什么在算法逻辑电路的设计中需要用C语言和硬件描述语言配合使用来提高设计效率？首先C语言很灵活，查错功能强，还可以通过PLI编写自己的系统任务，并直接与硬件仿真器结合使用。
C语言是目前世界上应用最为广泛的一种编程语言，因而C程序的设计环境比Verilog HDL更完整，此外，C语言有可靠地编译环境，语法完备，缺陷缺少，应用于许多的领域。
7人表决电路vhdl课程设计
7人表决电路vhdl课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握7人表决电路的基本原理及其在数字电路设计中的应用。
2. 使学生了解并熟练运用VHDL语言对7人表决电路进行代码编写和仿真。
3. 帮助学生理解并掌握7人表决电路中的逻辑门、触发器等基本元件的功能及其相互关系。
技能目标：1. 培养学生运用VHDL语言进行数字电路设计的能力。
2. 提高学生分析、解决数字电路实际问题的能力。
3. 培养学生团队协作和沟通表达的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对数字电路设计及其编程的兴趣和热情。
2. 培养学生严谨、踏实的科学态度，提高学生的自主学习能力和创新意识。
3. 增强学生的团队合作意识，培养学生的集体荣誉感和责任感。
课程性质：本课程为实践性较强的数字电路设计与编程课程，旨在通过7人表决电路的实例，使学生掌握VHDL语言在数字电路设计中的应用。
学生特点：学生具备一定的数字电路基础知识，具有一定的编程能力，但对VHDL语言和实际电路设计可能还不够熟悉。
教学要求：结合学生特点，本课程要求教师采用循序渐进、任务驱动的教学方法，将理论与实践相结合，注重培养学生的实际操作能力和团队协作能力。
通过课程学习，使学生能够独立完成7人表决电路的VHDL代码编写和仿真，达到本课程设定的具体学习成果。
二、教学内容本章节教学内容围绕7人表决电路的VHDL课程设计，依据课程目标进行以下安排：1. 数字电路基础知识回顾：复习逻辑门、触发器等基本元件的功能和特性，为7人表决电路的学习打下基础。
2. VHDL语言基础：介绍VHDL的基本语法、结构、数据类型、运算符等，为学生编写7人表决电路代码做好准备。
3. 7人表决电路原理：讲解7人表决电路的原理和设计方法，分析电路中各部分的功能和相互关系。
4. VHDL代码编写：根据7人表决电路原理，指导学生进行VHDL代码编写，包括逻辑门、触发器等元件的描述。
5. 电路仿真与测试：介绍仿真软件的使用，指导学生进行7人表决电路的仿真、调试和测试。
vhdl语言基础
第1章VHDL语言基础1.1 概述硬件描述语言（hardware description language，HDL）是电子系统硬件行为描述、结构描述、数据流描述的语言。
目前，利用硬件描述语言可以进行数字电子系统的设计。
随着研究的深入，利用硬件描述语言进行模拟电子系统设计或混合电子系统设计也正在探索中。
国外硬件描述语言种类很多，有的从Pascal发展而来，也有一些从C语言发展而来。
有些HDL成为IEEE标准，但大部分是企业标准。
VHDL来源于美国军方，其他的硬件描述语言则多来源于民间公司。
可谓百家争鸣，百花齐放。
这些不同的语言传播到国内，同样也引起了不同的影响。
在我国比较有影响的有两种硬件描述语言：VHDL语言和Verilog HDL语言。
这两种语言已成为IEEE标准语言。
电子设计自动化（electronic design automation，EDA）技术的理论基础、设计工具、设计器件应是这样的关系：设计师用硬件描述语言HDL描绘出硬件的结构或硬件的行为，再用设计工具将这些描述综合映射成与半导体工艺有关的硬件配置文件，半导体器件FPGA 则是这些硬件配置文件的载体。
当这些FPGA器件加载、配置上不同的文件时，这个器件便具有了相应的功能。
在这一系列的设计、综合、仿真、验证、配置的过程中，现代电子设计理论和现代电子设计方法贯穿于其中。
以HDL语言表达设计意图，以FPGA作为硬件实现载体，以计算机为设计开发工具，以EDA软件为开发环境的现代电子设计方法日趋成熟。
在这里，笔者认为，要振兴我国电子产业，需要各相关专业的人士共同努力。
HDL语言的语法语义学研究与半导体工艺相关联的编译映射关系的研究，深亚微米半导体工艺与EDA设计工具的仿真、验证及方法的研究，这需要半导体专家和操作系统专家共同努力，以便能开发出更加先进的EDA工具软件。
软件、硬件协同开发缩短了电子设计周期，加速了电子产品更新换代的步伐。
毫不夸张地说，EDA工程是电子产业的心脏起搏器，是电子产业飞速发展的原动力。
EDA技术与VHDL程序开发基础教程_教学资料_第一章
1.8.1填空1.EDA的英文全称是Electronic Design Automation2.EDA技术经历了计算机辅助设计CAD阶段、计算机辅助工程设计CAE阶段、现代电子系统设计自动化EDA阶段三个发展阶段3. EDA技术的应用可概括为PCB设计、ASIC设计、CPLD/FPGA设计三个方向4.目前比较流行的主流厂家的EDA软件有Quartus II、ISE、ModelSim、ispLEVER5.常用的设计输入方式有原理图输入、文本输入、状态机输入6.常用的硬件描述语言有VHDL、Verilog7.逻辑综合后生成的网表文件为EDIF8.布局布线主要完成将综合器生成的网表文件转换成所需的下载文件9.时序仿真较功能仿真多考虑了器件的物理模型参数10.常用的第三方EDA工具软件有Synplify/Synplify Pro、Leonardo Spectrum11．2000年推出的Pentium4微处理器芯片的集成度达（4200 ）万只晶体管。
12．在EDA发展的（CAD ）阶段，人们只能借助计算机对电路进行模拟、预测，以及辅助进行集成电路版图编辑、印刷电路板（PCB）布局布线等工作。
13．在EDA发展的（CAE ）阶段，人们可以将计算机作为单点设计工具，并建立各种设计单元库，开始用计算机将很多单点工具集成在一起使用。
14．EDA设计输入主要包括图形输入、HDL文本输入和状态机输入。
15．时序仿真是在设计输入完成之后，选择具体器件并完成布局、布线之后进行的时序关系仿真,因此又称为功能仿真。
16．VHDL的数据对象包括变量、常量和信号，它们是用来存放各种类型数据的容器。
17．图形文件设计结束后一定要通过仿真，检查设计文件是否正确。
18．以EDA方式设计实现的电路设计文件，最终可以编程下载到FPGA 和CPLD芯片中，完成硬件设计和验证。
19．MAX+PLUS的文本文件类型是（后缀名）.VHD 。
20．在PC上利用VHDL进行项目设计，不允许在根目录下进行，必须在根目录为设计建立一个工程目录（即文件夹）。
第1章 Verilog HDL入门简介
Verilog HDL数字系统设计及仿真
数字电路的回忆—七进制计数器
Verilog HDL数字系统设计及仿真
➢状态转换图
➢卡诺图
2
Verilog HDL数字系统设计及仿真
➢ Q3* 的卡诺图
➢状态方程：
Q3* Q3Q2 ' Q3 'Q2Q1
3
Verilog HDL数字系统设计及仿真
8
采用Verilog HDL代码
Verilog HDL数字系统设计及仿真
➢计数器模块
➢JK触发器模块
module
module JK_FF(J,K,CLK,Q,Qn);
Counter(Q3,Q2,Q1,C,CLK); input J,K;
output Q3,Q2,Q1,C;
input CLK;
input CLK;
output Q,Qn;
wire J1,K2,J3;
wire G3_n,G4_n,G5_n,G6_n,G7_n,G8_n;
nand G7(G7_n,Qn,J,CLK);
JK_FF JK1(Q1,Q1n,J1,1,CLK);nand G8(G8_n,CLK,K,Q);
JK_FF JK2(Q2, ,Q1,K2,CLK); nand G5(G5_n,G8_n,G6_n);
nand G1(Q,G3_n,Qn);
or or1(K2,Q1,Q3);
nand G2(Qn,Q,G4_n);
endmodule
not G9(CLK_n,CLK);
endmodule
9
Verilog HDL数字系统设计及仿真
➢更简洁的代码
module Counter(Q,CLK,RESET);
VHDL与数字电路设计PPT课件-第一章VHDL程序的基本结构
ARCHITECTURE dataflow OF eqcomp4 IS BEGIN
equal <= ‘1’ WHEN a=b ELSE ‘0’; END dataflow;
VHDL 对大小写不敏感
每行；结尾 关键字END后 跟实体名
关键字BEGIN
关键字END后 跟构造体名
8
VHDL与数字电路设计
1
h
目录
一 基本结构 二 库和程序包 三 实体 四 结构体 五 配置
2
h
1、基本结构
如图代表的是一个芯片的内部俯视图，下面范例 介绍如何使用VHDL程序设计该芯片电路。
Pin48
Pin7
3
h
LIBRARY IEEE; USE IEEE.std_logic_1164.ALL; USE IEEE.std_logic_arith.ALL; USE IEEE.std_logic_unsigned.ALL;
h
2、库和程序包
LIBRARY（库）是用于存放预先编译好的设计单元（实体 说明、结构体、配置说明、程序包说明和程序包体等）。
PACKAGE （程序包）中定义了基本的常数，数据类型，元 件及子程序等。
作用：
声明在实体和结构体定义中将用到的数据类型、元件 或子程序等。
声明格式:
LIBRARY <库名>; USE <库名>.<程序包名>.ALL; USE <库名>.<程序包名>.<程序包中的项目>;
LIBRARY IEEE; USE IEEE.std_logic_1164.ALL; USE IEEE.std_logic_arith.ALL; USE IEEE.std_logic_unsigned.ALL;
VHDL语言_信号赋值语句
在例4.1程序中，我 们对信号s进行了多 次赋值，经过仿真， 系统报如下错误：
ERROR: Signal “s”
has multiple sources 。
信号赋值语句
2.进程外部几个信号的赋值语句是并行执行的 即信号赋值语句中的信号发生变化，便执行该条赋 值语句。
例4.2： library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity test is
信号赋值语句
四、信号赋值语句的使用注意事项 1.进程外部不能对同一信号多次赋值 进程的概念将在下一单元介绍
例4.1： library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity test is
w<=y3 or y2 or y1 or y0; --简单赋值
end liti_arch;
信号赋值语句
三、选择赋值语句 选择赋值语句格式如下： with 表达式 select 信号名 <=信号值 when 选择值， 信号值 when 选择值， … 信号值 when 选择值； 信号值 when others；
y1<=a1)and not a(2) and a(0); --简单赋值
y0<=a(0)and not a(1) and a(2); --简单赋值
w<=y3 or y2 or y1 or y0;
--简单赋值
end shiti 1;
描述中使用了VHDL自有的and、or、not运算符， not运算符的优先级别最高。
《VHDL语言程序设计》课程教学大纲
《VHDL语言程序设计》课程教学大纲课程简介课程简介:本课程为软件工程专业嵌入式专业方向的专业课，是开发基于FPGA/CPLD嵌入式系统的必备基础。
主要内容包括FPGA/CPLD目标器件的结构和工作原理、EDA技术和工作流程、VHDL基础知识、VHDL实用方法和设计深入、原理图输入法、LPM宏功能模块实用方法、状态机设计以及EDA优化设计。
目的是为后续课程的学习和嵌入式系统的设计作必须的基础准备。
课程大纲一、课程的性质与任务：本课程是软件工程专业的专业方向课程。
教学任务主要包括使学生了解EDA技术的工作流程，正确使用开发平台，掌握以VHDL为代表的硬件描述语言的基本知识、编程实用方法和工程设计方法，掌握原理图设计法、状态机设计法，能够正确使用IP Core和LPM等宏功能模块。
本课程是软件工程专业嵌入式专业方向的第一门专业方向课，是后续课程的必备基础，具有较重要的地位。
二、课程的目的与基本要求：本课程涉及到的学科基础知识面广，要求软硬件兼备，需要较好的学科基础。
通过本课程的学习，最终达到能够设计基于FPGA/CPLD的ASIC，并能进行EDA优化的目的。
三、面向专业：软件工程四、先修课程:《计算系统基础》五、本课程与其它课程的联系：本课程的先行课程是计算系统基础。
服务的主要后续课程包括基于FPGA的嵌入式软件开发、基于ARM的嵌入式软件开发等。
六、教学内容安排、要求、学时分配及作业：第一章概述（2学时）1.1 EDA技术及其发展（C）1.2 硬件描述语言硬件描述语言种类、自顶向下设计方法、EDA工程设计流程。
（A）1.3 面向FPGA/CPLD的开发流程设计输入、分析综合、布局布线、仿真、下载和硬件测试。
（A）1.4 IP Core 及EDA技术发展趋势。
（C）第二章 FPGA硬件特性与编程技术（8学时）2.1 PLD发展历程及其分类（c）2.2 低密度PLD工作原理PROM、PLA、PAL、GAL。
《VHDL语言程序设计》课程教学大纲
GDOU-B-11-213《VHDL语言程序设计》课程教学大纲课程简介课程简介:本课程为软件工程专业嵌入式专业方向的专业课，是开发基于FPGA/CPLD嵌入式系统的必备基础。
主要内容包括FPGA/CPLD目标器件的结构和工作原理、EDA技术和工作流程、VHDL基础知识、VHDL实用方法和设计深入、原理图输入法、LPM宏功能模块实用方法、状态机设计以及EDA优化设计。
目的是为后续课程的学习和嵌入式系统的设计作必须的基础准备。
课程大纲一、课程的性质与任务：本课程是软件工程专业的专业方向课程。
教学任务主要包括使学生了解EDA技术的工作流程，正确使用开发平台，掌握以VHDL为代表的硬件描述语言的基本知识、编程实用方法和工程设计方法，掌握原理图设计法、状态机设计法，能够正确使用IP Core和LPM等宏功能模块。
本课程是软件工程专业嵌入式专业方向的第一门专业方向课，是后续课程的必备基础，具有较重要的地位。
二、课程的目的与基本要求：本课程涉及到的学科基础知识面广，要求软硬件兼备，需要较好的学科基础。
通过本课程的学习，最终达到能够设计基于FPGA/CPLD的ASIC，并能进行EDA优化的目的。
三、面向专业：软件工程四、先修课程:《计算系统基础》五、本课程与其它课程的联系：本课程的先行课程是计算系统基础。
服务的主要后续课程包括基于FPGA的嵌入式软件开发、基于ARM的嵌入式软件开发等。
六、教学内容安排、要求、学时分配及作业：第一章概述（2学时）1.1 EDA技术及其发展（C）1.2 硬件描述语言硬件描述语言种类、自顶向下设计方法、EDA工程设计流程。
（A）1.3 面向FPGA/CPLD的开发流程设计输入、分析综合、布局布线、仿真、下载和硬件测试。
（A）1.4 IP Core 及EDA技术发展趋势。
（C）第二章 FPGA硬件特性与编程技术（8学时）2.1 PLD发展历程及其分类（c）2.2 低密度PLD工作原理PROM、PLA、PAL、GAL。
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
12
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。
16
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。
VERILOGHDL语言基础
VERILOGHDL语⾔基础第1节 Verilog HDL语⾔简介Verilog HDL语⾔简介Verilog HDL和VHDL是⽬前世界上最流⾏的两种硬件描述语⾔（HDL：Hardware Description Language），均为IEEE标准，被⼴泛地应⽤于基于可编程逻辑器件的项⽬开发。
⼆者都是在20世纪80年代中期开发出来的，前者由Gateway Design Automation公司（该公司于1989年被Cadence公司收购）开发，后者由美国军⽅研发。
HDL语⾔以⽂本形式来描述数字系统硬件结构和⾏为，是⼀种⽤形式化⽅法来描述数字电路和系统的语⾔，可以从上层到下层来逐层描述⾃⼰的设计思想。
即⽤⼀系列分层次的模块来表⽰复杂的数字系统，并逐层进⾏验证仿真，再把具体的模块组合由综合⼯具转化成门级⽹表，接下去再利⽤布局布线⼯具把⽹表转化为具体电路结构的实现。
⽬前，这种⾃顶向下的⽅法已被⼴泛使⽤。
概括地讲，HDL语⾔包含以下主要特征：* HDL语⾔既包含⼀些⾼级程序设计语⾔的结构形式，同时也兼顾描述硬件线路连接的具体结构。
* 通过使⽤结构级⾏为描述，可以在不同的抽象层次描述设计。
HDL语⾔采⽤⾃顶向下的数字电路设计⽅法，主要包括3个领域5个抽象层次。
* HDL语⾔是并⾏处理的，具有同⼀时刻执⾏多任务的能⼒。
这和⼀般⾼级设计语⾔（例如C 语⾔等）串⾏执⾏的特征是不同的。
* HDL语⾔具有时序的概念。
⼀般的⾼级编程语⾔是没有时序概念的，但在硬件电路中从输⼊到输出总是有延时存在的，为了描述这⼀特征，需要引⼊时延的概念。
HDL语⾔不仅可以描述硬件电路的功能，还可以描述电路的时序。
2.1.1 Verilog HDL语⾔的历史1983年，Gateway Design Automation（GDA）硬件描述语⾔公司的Philip Moorby⾸创了Verilog HDL。
后来Moorby成为Verilog HDL-XL的主要设计者和Cadence公司的第⼀合伙⼈。
VHDL语言入门教程
变量Variable
变量只能在进程语句、函数语句和过程语句结构中使用。变 量的赋值是直接的，非预设的，分配给变量的值立即成为当前值，
变量不能表达“连线”或存储元件，不能设置传输延迟量。
变量定义语句： Variable 变量名：数据类型 :＝初始值; Variable count: integer 0 to 255:=20 ； -- 定义count整数变量，变化 范围0～255，初始值为20。 变量赋值语句：
VHDL定义的保留字（关键字），不能用作标识符
标识符字符最长可以是32个字符。
注释由两个连续的虚线（－－）引导。
关键字（保留字）：
关键字（keyword）是VHDL中具有特别含义的单词，只 能做为固定的用途，用户不能用其做为标识符。 例如：ABS， ACCESS，AFTER，ALL，AND，ARCHITECTURE， ARRAY，ATTRIBUTE，BEGIN，BODY，BUFFER，BUS，CASE ， COMPONENT，CONSTANT，DISCONNECT，DOWNTO，ELSE， ELSIF，END，ENTITY，EXIT，FILE，FOR，FUNCTION，GENERIC， GROUP，IF，INPURE，IN，INOUT，IS，LABEL，LIBRARY， LINKAGE，LOOP，MAP，MOD，NAND，NEW，NEXT，NOR ，NOT， NULL，OF，ON，OPEN ，OR ，OTHERS，OUT，PACKAGE，POUT， PROCEDURE ，PROCESS，PURE，RANGE ，RECODE，REM， REPORT，RETURN，ROL，ROR，SELECT，SHARED，SIGNAL， SLA，SLL，SRA，SUBTYPE，THEN，TRANSPORT，TO，TYPE ， UNAFFECTED，UNITS，UNTIL，USE，VARIABLE，WAIT，WHEN， WHILE，WITH，XOR ，XNOR
2024年verilogHDL培训教程华为(多场景)
verilogHDL培训教程华为(多场景)VerilogHDL培训教程——华为第一章：引言随着电子设计自动化（EDA）技术的不断发展，硬件描述语言（HDL）在数字电路设计领域扮演着越来越重要的角色。
VerilogHDL 作为一种主流的硬件描述语言，因其强大的功能、灵活的语法和广泛的应用范围，已成为数字集成电路设计工程师必备的技能之一。
本教程旨在帮助读者掌握VerilogHDL的基本概念、语法和设计方法，为华为等企业培养合格的数字电路设计人才。
第二章：VerilogHDL基础2.1VerilogHDL简介VerilogHDL是一种用于数字电路设计的硬件描述语言，它可以在多个层次上对数字系统进行描述，包括算法级、寄存器传输级（RTL）、门级和开关级。
VerilogHDL的设计初衷是为了提高数字电路设计的可重用性、可移植性和可维护性。
2.2VerilogHDL编程环境（1）文本编辑器：Notepad++、SublimeText等；（2）仿真工具：ModelSim、IcarusVerilog等；（3）综合工具：XilinxISE、AlteraQuartus等。
2.3VerilogHDL语法基础（1）关键字：VerilogHDL中的关键字具有特定含义，如module、endmodule、input、output等；（2）数据类型：包括线网类型（wire）、寄存器类型（reg）、整数类型（integer）等；（3）运算符：包括算术运算符、关系运算符、逻辑运算符等；（4）模块与端口：模块是VerilogHDL设计的基本单元，端口用于模块之间的信号传递；（5）行为描述与结构描述：行为描述用于描述电路的功能，结构描述用于描述电路的结构。
第三章：VerilogHDL设计流程3.1设计流程概述（1）需求分析：明确设计任务和功能要求；（2）模块划分：根据需求分析，将设计任务划分为若干个模块；（3）编写代码：使用VerilogHDL编写各个模块的代码；（4）仿真验证：对设计进行功能仿真和时序仿真，确保设计正确；（5）综合与布局布线：将VerilogHDL代码转换为实际电路，并进行布局布线；（6）硬件测试：在FPGA或ASIC上进行实际硬件测试。
02_EDA_第一章.ppt.Convertor
1.1 实体1.2 结构体1.3 块、子程序和进程1.4 库和程序包1.5 配置第一章VHDL基本结构一个完整的VHDL程序或设计实体，要求能为VHDL综合器所支持，并能作为一个独立的设计单元，即元件的形式而存在的VHDL程序。
实体和结构体是必需的——可构成最简单VHDL程序。
通常VHDL程序包含五个部分：（1）实体（ENTITY）（2）结构体（ARCHITECTURE）（3）包集合（PACKAGE）（4）库（LIBRARY）（5）配置（CONFIGURA TION）实体是VHDL语言设计的基本单元。
1.1 实体实体说明是对设计实体与外部电路的接口描述，它规定了设计单元的输入输出接口信号或引脚，是设计实体对外的一个通信界面。
结构体用于描述此设计实体的逻辑结构和逻辑功能。
实体语句结构如下：例：ENTITY or2 ISPORT（a，b：IN STD_LOGIC;C: OUT STD_LOGIC);END ENTITY or2；ENTITY 实体名IS[GENERIC（类属表）；][PORT（端口表）；]END ENTITY 实体名；在层次化系统中，实体说明是整个模块或整个系统的输入输出（I/O）接口在器件级设计中实体说明是芯片的输入输出（I/O）1.1.1类属参量（GENERIC）类属参量是实体说明组织中的可选项，放在端口说明之前，其一般格式为：GENERIC [CONSTANT] 名字表：[IN] 子类型标识[:= 静态表达式]，…]1.1.1类属参量（GENERIC）类属参量是实体说明组织中的可选项，放在端口说明之前，其一般格式为：GENERIC [CONSTANT] 名字表：[IN] 子类型标识[:= 静态表达式]，…]类属参量用来规定端口的大小、实体中子元件数目及实体的定时特性等。
它和常数不同，常数只能从设计实体的内部得到赋值且不能改变；而类属参量的值可由设计实体的外部提供。
其一般书写格式为：PORT （端口名：端口模式数据类型；端口名：端口模式数据类型；……）；这里类属参量中参数trise为上升沿宽度，tfall为下降沿宽度，用于仿真模块的设计；定义地址总线的宽度为Addrwidth位，类属值Addrwidth的改变将使结构体中所有相关的总线定义同时改变，由此使整个设计实体的硬件结构发生变化。
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【例2：】 2输入与门的实体描述。
ENTITY AND2 IS GENERIC(RISEW：TIME:=1ns；FALLW：TIME:=1ns)； PORT( A1：IN STD_LOGIC； A0：IN STD_LOGIC； Z0：OUT STD_LOGIC )； END ENTITY AND2；
说明：结构体ART2描述的是实体MY74LS00由四个2输入与非门 构成的。其中COMPONENT→END COMPONENT 语句 结构对所要调用的NAND2元件作了声明。 整个设计包括两个实体（NAND2和MY74LS00），其中 MY74LS00为顶层实体。
三、VHDL程序的基本结构
一个相对完整的VHDL程序（或称为设计实体）具有比较 固定的结构，即至少应包括三个基本组成部分：
A Y B ( a) A1 B1 A NAND2 U1 B A NAND2 B Y
Y
Y1
A2
B2 A3 B3 A4 B4
A NAND2 U2 B
A NAND2 U3 B A NAND2 U4 B
Y
Y2
Y
Y3
MY74LS00 A1 B1 A2 B2 A3 B3 A4 B4
Y1 Y2 Y3 Y4
Y
Y4 (b)
3. 数据类型 IEEE1076标准规定的数据类型为布尔型(Boolean)、位型 (Bit)、位矢量型(Bit-vector)和整数型(Integer)等。 在实用中，端口描述中的数据类型主要有两类：位（BIT）和 位矢量（ BIT_VECTOR ）。若端口定义为 BIT ，则其信号值 是一个 1 位的二进制数，取值只能是 0 或 1 ；若端口定义为 BIT_VECTOR，则其信号值是一组二进制数。
① 规范范围，亦即此设计符合某个设计规范，能得到大家的认可， 这就是库、程序包使用说明。 ② 硬件电路与外界的接口信号，这就是设计实体的说明。 ③ 硬件电路其内部各组成部分的逻辑关系以及整个系统的逻辑 功能，这就是该设计实体对应的结构体说明。
1．设计思路 74LS00芯片由四个2输入与非门组成。因此设计时可先设计 一个2输入与非门（图a所示），再由四个2输入与非门构成一个 整体—MY74LS00（图b所示）。
二、VHDL程序设计引例（ 74LS00的设计 ） 在使用一个芯片时，至少需要了解三个方面的信息： ① 该芯片符合什么规范，是谁生产的，是否大家认可。 ② 该芯片有多少管脚，每个管脚是输入还是输出，每个管脚对 输入/输出有什么要求。 ③ 该芯片各管脚之间的关系，以及能完成什么逻辑功能。 相应地，使用VHDL设计一个硬件电路时，也至少需要描述三 个方面的信息：
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，可读或写，只能有一个驱动源 双向，可以通过该端口读入或写出信息
IN
OUTBUຫໍສະໝຸດ FERINOUT 在实际的数字集成电路中，IN相当于只可输入的引脚，OUT相 当于只可输出的引脚，BUFFER相当于带输出缓冲器并可以回 读的引脚，而INOUT相当于双向引脚。由INOUT端口符号可见， 此模式的端口是普通输出端口(OUT)加入三态输出缓冲器和输 入缓冲器构成的。
一、实体的组成 ENTITY 实体名 IS [GENERIC(类属表)；] [PORT(端口表)；] 实体说明部分； [BEGIN 实体语句部分； ] END [ENTITY] [实体名]；
二、类属说明
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 ]})； 【例1：】
说明：实体NAND2定义了2输入与非门NAND2的引脚信号A、B （输入）和Y（输出），其结构体ART1描述了输入与输出信号间 的逻辑关系（A、B与非后传给Y）。
②
MY74LS00的逻辑描述
-- IEEE库及其中程序包的使用说明 LIBRARY IEEE； USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL； --实体MY74LS00的说明 ENTITY MY74LS00 IS PORT(A1，B1，A2，B2，A3，B3，A4，B4： IN STD_LOGIC； Y1，Y2，Y3，Y4： OUT STD_LOGIC)； END ENTITY MY74LS00；
说明：根据图b右侧的MY74LS00原理图，实体MY74LS00定 义了引脚的端口信号属性和数据类型。
--实体MY74LS00的结构体ART2的说明 ARCHITECTURE ART2 OF MY74LS00 IS --元件调用声明 COMPONENT NAND2 IS PORT(A，B：IN STD_LOGIC； Y：OUT STD_LOGIC)； END COMPONENT NAND2； --元件连接说明 BEGIN U1：NAND2 PORT MAP(A=>A1，B=>B1，Y=>Y1)； U2：NAND2 PORT MAP(A=>A2，B=>B2，Y=>Y2)； U3：NAND2 PORT MAP(A3， B3， Y3)； U4：NAND2 PORT MAP(A4， B4， Y4)； END ARCHITECTURE ART2；
第1章 VHDL语言基础
1.1 VHDL程序基本结构 1.2 VHDL程序的实体 1.3 VHDL程序的结构体
1.1 VHDL程序基本结构
一、VHDL程序设计约定 语句结构描述中方括号“[ ]”内的内容为可选内容。 对于VHDL的编译器和综合器来说，程序文字的大小写是不 加区分的。 程序中的注释使用双横线“- -”。 源程序命名与实体同名（MAX+plus Ⅱ要求）。
1.3 VHDL程序的结构体
结构体是用于描述设计实体的内部结构以及实体端口间的逻 辑关系。一般地，一个完整的结构体由两个基本层次组成： ① 对数据类型、常数、信号、子程序和元件等元素的说明部分。 ② 描述实体逻辑行为的，以各种不同的描述风格表达的功能描述 语句。
结构体内部构造的描述层次和描述内容一般可以用下图说明。
常数说明 结 构 体 说 明 结 子程序说明 构 体 例化元件说明
数据类型说明
信号说明
块语句
结 构 体 功 能 描 述
进程语句
信号赋值语句 子程序调用语句 元件例化语句
每个实体可以有多个结构体，每个结构体对应着实体不同 结构和算法实现方案，其间的各个结构体的地位是同等的， 它们完整地实现了实体的行为，但同一结构体不能为不同 的实体所拥有。 结构体不能单独存在，必须有界面说明，即实体。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。当把这个符号例化成一个实际的器 件安装到电路上时，则需用配置语句为这个例化的器件指 定一个结构体(即指定一种实现方案)，或由编译器自动选一 个结构体。
MY74LS00的设计过程示意图
2．VHDL源程序
① 2输入与非门NAND2的逻辑描述
-- IEEE库及其中程序包的使用说明 LIBRARY IEEE； USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL； --实体NAND2的说明 ENTITY NAND2 IS PORT(A，B：IN STD_LOGIC； Y：OUT STD_LOGIC)； END ENTITY NAND2； --实体NAND2的结构体ART1的说明 ARCHITECTURE ART1 OF NAND2 IS BEGIN Y<=A NAND B； END ARCHITECTURE ART1；
3．功能描述语句结构 功能描述语句结构可以含有五种不同类型的、以并行方式工 作的语句结构，而在每一语句结构的内部可能含有并行运行的逻 辑描述语句或顺序运行的逻辑描述语句。各语句结构的基本组成 和功能分别是： ① 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。 ② 进程语句定义顺序语句模块，用以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。 ③ 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。 ④ 子程序调用语句用于调用一个已设计好的子程序。 ⑤ 元件例化语句对其他的设计实体作元件调用说明，并将此元 件的端口与其他的元件、信号或高层次实体的界面端口进行 连接。
四、实体说明部分 含有实体说明部分的组织应放在端口说明下边，说明部分定义 的项目是实体接口中的公共信息。
【例1：】含实体说明部分的实体
ENTITY ram IS PORT(addr： IN bit_Vector (15 DOWNTO 0)； Data： OUT bit_Vector(31 DOWNTO 0)； Sel： IN bit )； TYPE instruction IS ARRAY (1 TO 5 ) OF Natural； TYPE program IS ARRAY (Natural RANGE <>) OF instruction； USE Work .timing_pkg； PROCEDURE initialization ( SIGNAL content ： bit _vector(31 DOWNTO 0)) IS BEGIN CONTENT <=(OTHERS=>'1') AFTER some_delay； END PROCEDURE initialization； END ram；
ENTITY MCK IS GENERIC(WIDTH：INTEGER:=16)； PORT( ADD_BUS：OUT STD_LOGIC_VECTOR(WIDTH-1 DOWNTO 0)) ； ...