VHDL程序结构介绍

•结构体一般格式为：
•ARCHITECTURE 结构体名 OF 实体名 IS
• 定义语句: 内部信号，常数，数据类型，函数定义
• BEGIN
•
[并行处理语句]；
•
[进程语句]；
•
…
•END 结构体名；
➢ ARCHITECTURE、OF、IS、BEGIN、END是VHDL的关键字（保留字）。
➢ 结构体名称由设计者自由命名，是结构体的唯一名称，该结构体名可反 映结构体的特色。
•端口数据类型
• 常用的有布尔型（boolean）、位型（bit）、位矢量型（ bit-vector）、整数型（integer）、非标准逻辑和标准逻辑类型（ Std_ulogic和Std_logic）。
•1）boolean：布尔型，可取值“TRUE(真)”或“FALSE(假)”。
•2）bit：为位逻辑数据类型，信号取值是逻辑值“1”和“0”
。
•3）bit_vector：取值是一组二进制位的值。 •如：8位数据总线数端口
•Port(d0, d1, sel : in bit;
•
q : out bit;
•
bus : out bit_vector(7 downto 0));
•4）Integer：整数，用作循环技术或常数，通常不用于I/O信号
•
Leabharlann Baidu
Port(d0, d1, sel : in STD_Logic;
•
q : out STD_Logic;
•
bus : out STD_Logic_vector(7 downto 0));
•END mu;
•练 习 •编写包含以下内容的实体代码：
•端口 D 为12位输入总线; •端口 OE 和CLK 都是1位输入 ; •端口 AD 为7位双向总线; •端口 A为7位输出总线; •端口 INT 是1位输出 ; •端口 AS 是一位输出同时被用作内部反馈。
。
•5）Std_ulogic和Std_logic：非标准逻辑和标准逻辑类型，由
IEEE:Std_logic_1164支持，程序包中定义了有关的数据类型，访问
该程序包中的项目需要使用LIBRARY子句和USE子句。
•Library IEEE；
•Use IEEE.STD_Logic_1164.all;
•Entity mu is
•设计库的使用
• 首先在设计的开头说明要引用的库，然后使用use子句指
明要使用库中的哪一个设计单元，其书写格式为：
•
Library 库名；
•
Use 库名. 程序包名. all；
• 其中：程序包名就是实际设计要使用的库中的设计单元
；all表示使用程序包中的所有项目。
•常用设计库
•1、STD库 •2、WORK库 • WORK库是VHDL语言工作库，用户在项目设计中设计成功、 正在验证、和未仿真的中间件都放在WORK库中。 • 以上两个库对当前设计是永远可见的，不需在程序开头对 它们进行说明。即下面的LIBRARY子句隐含存在于任何设计单 元之前。 • library std； • library work； •3、资源库 • 除STD和WORK库以外所有的库均为资源库。这些资源库的 使用必须用LIBRARY显式的说明出来。如常用的资源库IEEE库 （Std_logic_1164）和VITAL库。
• oe , clk: in: std_logic;
• ad: inout std_logic_vector(7 downto 0);
• a: out std_logic_vector(7 downto 0); •my_design
• int: out std_logic;
• as: buffer std_logic); •End my_design;
• 以上命名举例说明，几个结构体都属于设计实体mux，结构体名由设 计者自行定义，OF后面的实体名指明了该结构体所对应的是哪个实体。由 于一个设计有行为描述、数据流描述和结构描述3种方式，一般建议用 behave, dataflow, structure为结构体命名。 • 用于对结构体内部将要使用的信号、常数、数据类型、元件、函数和 过程加以说明。最常见的是对内部流动的信号的定义。但不能定义变量。
•
y : OUT STD_LOGIC);
•端口名
•端口模式
•数据类型
•端口模式
➢ 用来说明数据传输通过该端口的方向。
IN：
数据只能从端口流入实体
OUT：
数据只能从端口流出实体
INOUT：
数据从端口流入或流出实体
BUFFER：
数据从端口流出实体，同时可被内部反馈。
➢ 构造体内部也要使用输出信号时，只能定义成“buffer”。
•
描述该设计单元的功能，即该硬件做什么，
主要使用函数、过程和进程语句，以算法形式描述
数据的变换和传送。即只描述所希望电路的功能或
者电路行为（输入输出间转换的行为），而没有指
明或涉及实现这些行为的硬件结构。
•ARCHITECTURE behavior OF mux21
IS
• BEGIN
•
PROCESS(a,b,s)
•程序 包
• 在VHDL中，设计的实体和结构体中定义的数据类型、常量、 子程序说明和元件说明等只能在该设计实体中使用，而对其他设 计实体是不可见的。 • 程序包说明用来单纯地罗列VHDL中所要用到的信号定义、常 量定义、数据类型、子程序说明和元件说明等，是一个可编译的 设计单元。 • 要使用程序包中的某些说明和定义，要用use语句说明。各 种VHDL编译系统都含有多个标准程序包，如Std_Logic_1164和 Standard程序包。用户也可以自行设计程序包。
•常用程序包
•1、standard
• 预先在std库中编译，主要定义了布尔类型、bit类型、
character类型、出错级别、实数类型、整数类型、时间类型
、延迟长度子类型、自然数子类型、正整数子类型、string
•d[11..0] •clk •oe
•ad[7..0] • a[7..0] • int • as
•结构 体
• 结构体是用来描述一个设计的具体结构，建立一个设计中输入和输出之间的关系， 即描述实体的功能，对黑盒子的内部进行具体描述。
• VHDL允许采用三种描述格式来进行具体的设计构造，行为描述、数据流描述和结 构描述。具体描述时，可以是以上三种中的一种或几种的任意组合。一个设计实体可以 有多个结构体。
•a
•b
•and2
•y
➢ ENTITY、IS、GENERIC、PORT、END是VHDL的关键字（保留字）。
➢ 实体名、端口名（端口说明）等均应为符合VHDL命名规则的标识符。
1、作用
•类属信 息
为设计实体和其外部环境通信的静态信息提供通道，可
以定义端口的大小、实体中元件的数目以及实体的定时特性等
• my_design
•d[11..0] •clk •oe
•ad[7..0] • a[7..0] • int • as
•练习答 案
•Library ieee;
•Use ieee.std_logic_1164.ALL;
•Entity my_design is
•PORT ( d: in std_logic_vector(11 downto 0);
•配置 用于从库中选取所需元件安 装到设计单元的实体中。
•LIBRARY IEEE; •USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
•ENTITY mux21 IS
• PORT( a , b:IN STD_LOGIC;
•
s:IN STD_LOGIC;
•
y:OUT STD_LOGIC );
。 2、一般格式
GENERIC（[CONSTANT] 名字表：[IN] 子类型标识 [:= 静态表达式]，…] ）；
•端口说明
•端口说明的一般格式为：
•
PORT（端口名{，端口名}：端口模式 数据类型
；
• ）；
端口名{，端口名}：端口模式 数据类型
•例如：PORT ( a,b: IN STD_LOGIC;
•END mux21;
•ARCHITECTURE behavior OF mux21
IS
• BEGIN
•
PROCESS(a,b,s)
•
BEGIN
•
IF s = '0' THEN y<=a;
•
ELSE
•
y<=b;
•
END IF;
•
END PROCESS;
•END one;
•程序包
•实体说 明
•结构体
•实体说
•VHDL程序结构
•实体和结构体 是VHDL设计文件的两个基 本组成部分
•实体说明 描述设计实体（黑盒）的外 部接口信号（即输入/输出信号）；
•结构体说明 用于描述设计实体（ 黑盒）的内部电路。 •包集合 存放各设计模块能共享的数 据类型、常数、子程序等；
•库 用于存放已编译的实体、结构体、 包集合和配置。
•
BEGIN
•
IF s = '0' THEN y<=a;
•
ELSE
•
y<=b;
•
END IF;
•
END PROCESS;
•END one;
•2、结构描述
•
描述该设计单元的硬件结构，即该硬件是如
何构成的。主要使用配置指定语句及元件例化语句
描述元件的类型及元件的互联关系。
•3、数据流描述
•
也称为寄存器传输描述形式。是对信
VHDL程序结构介绍
•VHDL简介
• VHDL全名Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language，超高速集成电路硬件描述 语言，VHDL语言是一种用于电路设计的高级语言。最初是源于 美国国防部1980年开始启动的超高速集成电路计划，在这一计 划执行过程中，专家们认识到需要有一种标准的语言来描述集 成电路的结构和功能，由此，美国国防部便开发出VHDL设计语 言供美军用来提高设计的可靠性和缩减开发周期的设计语言。
明
•实体说明的一般格式为：
•
•
ENTITY 实体名 IS
•
[GENERIC类属参数说明]；
•
[PORT端口说明]；
•
END；
• 实体中的每一个I/O信号被称为端口，其 功能对应于电路图符号的一个引脚。端口说明 则是对一个实体的一组端口的定义，即对基本 设计实体与外部接口的描述。端口是设计实体 和外部环境动态通信的通道。实体类似一个“ 黑盒”，实体描述了“黑盒”的输入输出口。
号到信号的数据流的路径形式进行描述，因
此要求设计者不但要对设计实体的功能实现
有一定的了解，而且还需要对内部的逻辑电
路结构有清楚的认识。
•设计 库
•设计库（Library） • 1、设计库是经编译后的数据的集合，存放包集合 定义、实体定义、结构体定义和配置定义。 • 2、VHDL中，设计库的说明总放在设计单元的最前 面。 • 3、设计库中的各个设计单元可以用作进行其他设 计的资源，一个设计可以使用多个库中的设计单元。
• 实体说明中定义的信号是外部信号，而结构体定义的信号为该结构体 的内部信号，它只能用于这个结构体中。
• 结构体中的信号定义和端口说明一样，应有信号名称和数据类型定义 。因为它是内部连接用的信号，因此不需要方向说明。
•结构体的三种描述形式：
•1、行为描述 •2、结构描述 •3、数据流描述
•1、行为描述
•VHDL设计概念
• 采用VHDL进行设计的方法为高层设计，即“概念驱动模式”设计。设计 人员无需通过门级原理图描述，而是针对设计目标进行功能描述。VHDL并不 十分关心一个具体逻辑是靠何种方式实现的，而是把开发者的精力集中到逻 辑所实现的功能上。由于高层设计只定义系统的行为特性，因此可以不涉及 工艺。 • 采用VHDL进行设计的具体过程为： • 1、以VHDL语言描述设计概念； • 2、用VHDL仿真与调试工具分析此概念的“行为”，检查是否满足初始 要求。这一过程与普通的编程语言，如C语言的编译、运行、调试是类似的 。 • 3、VHDL设计—>VHDL综合工具。利用集成电路厂商或EDA厂家提供的被 充分验证过的工艺库，以面积、功耗、速度等为目标进行优化，将电路映射 成网表，得到门级电路后，还要进行仿真来验证门电路的行为和时序特性。 • 4、物理设计。得到可供生产的文件，进行延时、故障、热分析等，保
•例如：
•
architecture behavior of mux is ——用结构体行为命名
•
architecture dataflow of mux is ——用结构体的数据流命名
•
architecture structural of mux is ——用结构体组织结构命名
•
architecture latch of mux is ——用结构体的功能命名