硬件描述语言VHDL大总结
VHDL语言介绍
VHDL语言介绍VHDL（VHSIC Hardware Description Language）是一种硬件描述语言，用于描述数字电路的结构和行为。
它是一种高级编程语言，用于描述数字系统中的硬件功能。
VHDL是一种被广泛应用于数字系统设计的硬件描述语言，它可以用于描述数字系统的结构和功能，并且允许进行仿真、综合和验证。
VHDL最初是由美国国防部（DoD）为了应对不同供应商生产的不同硬件之间互通性的问题而开发的。
它提供了一种用于描述数字电路的方法，可以在不同供应商的工具之间进行交换。
VHDL已成为一种行业标准，在数字系统设计领域被广泛应用。
VHDL的语法类似于Ada编程语言，它使用关键字、运算符和数据类型来描述数字系统中的硬件元素。
VHDL中的关键概念包括实体（entity）、架构（architecture）和过程（process）。
实体描述了数字系统的接口和功能，架构描述了数字系统的内部结构和行为，而过程描述了数字系统中的操作和控制。
VHDL主要有两种用途，一是用于模拟和验证数字系统的功能，二是用于综合数字系统的设计，生成实际的硬件电路。
在模拟和验证阶段，设计师可以使用VHDL描述数字系统的功能，并通过仿真工具对其进行验证。
在综合阶段，设计师可以使用VHDL描述数字系统的结构，并通过综合工具生成对应的硬件电路。
VHDL的优点在于其强大的表达能力和灵活性。
设计师可以使用VHDL描述各种复杂的数字系统，包括处理器、通信接口、存储器等。
VHDL还提供了丰富的数据类型和运算符，使设计师可以轻松地描述数字系统中的各种操作。
除了描述数字系统的结构和行为，VHDL还提供了丰富的标准库和模块化编程的方法。
设计师可以使用标准库中提供的各种功能模块来加速开发过程，并且可以将自己设计的模块封装成库以便重复使用。
VHDL还支持面向对象的设计方法，设计师可以使用面向对象的技术来组织和管理复杂的数字系统。
通过使用面向对象的方法，设计师可以将数字系统分解成多个模块，每个模块都有自己的接口和功能，并且可以通过继承和复用来简化设计过程。
vhdl实验报告
vhdl实验报告VHDL实验报告引言：VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）是一种硬件描述语言，广泛应用于数字电路设计和仿真。
本篇实验报告将介绍我在VHDL实验中的学习和实践经验，包括实验目的、实验过程、实验结果以及对VHDL的理解和展望。
一、实验目的VHDL实验的主要目的是让我们掌握VHDL语言的基本语法和使用方法，能够利用VHDL描述数字电路，并通过仿真和综合工具进行验证和实现。
通过这些实验，我们可以深入了解数字电路的原理和设计方法，提高我们的逻辑设计能力和工程实践能力。
二、实验过程在实验过程中，我们首先学习了VHDL的基本语法，包括实体声明、端口声明、信号声明等。
然后，我们通过实例学习了VHDL的建模方法，包括组合逻辑电路的建模和时序逻辑电路的建模。
在组合逻辑电路的建模中，我们学习了使用逻辑运算符和条件语句描述电路的功能；在时序逻辑电路的建模中，我们学习了使用过程语句和时钟信号描述电路的状态转换。
在学习了VHDL的基础知识后，我们开始进行实验设计。
我们选择了一个简单的数字电路，如4位加法器，来进行实验验证。
首先，我们通过VHDL语言描述了加法器的功能和结构，包括输入端口、输出端口和中间信号。
然后，我们使用仿真工具进行了功能仿真，验证了加法器的正确性。
接着，我们使用综合工具将VHDL代码综合成门级电路，并进行了时序仿真和时序优化，验证了加法器的时序正确性和性能。
三、实验结果通过实验，我们成功地实现了4位加法器的功能，并验证了其正确性和性能。
在功能仿真中，我们输入了不同的测试数据，观察了输出结果，发现加法器能够正确地进行加法运算，并得到了正确的结果。
在时序仿真中，我们观察了电路的时序行为，包括输入信号的变化、输出信号的响应和中间信号的传播延迟等，发现加法器能够在时序上满足要求，并且具有较好的性能。
第3章 硬件描述语言VHDL
3）变量 (Variable) 变量只在给定的进程中用于声明局部值，它的作 用范围也仅限于定义变量的模块。 变量的描述格式： VARIABLE变量名：数据类型:=初始值 变量的赋值： 变量名:= 表达式；
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VHDL数据类型
（1）常用标准的数据类型（VHDL预定义） ①整数（integer）整数的表达范围为： -2147483647（-231）—2147483647（231） 可用32位有符号的二进制数表示，但不能按位进行 访问。 ②实数（real）如： 66.36、8#43.6#E+4。 ③位（bit），取值：0或1。 ④位矢量（bit_vector），是用双引号括起来的一组 “位”数据。 例如 ： “0000”，位矢量使用时一般要注明位宽， 即元素的个数和排列。 例如： signal a : std_logic_vector （7 downto 0）;
配置（Configuration） 声明实体与结构体之间的连接关系
2.实体 实体是设计中最基本的模块。 实体实体中定义了该设计所需的输入/输出信号，信 号的输入/输出类型（即端口模式）及数据类型。 1）实体的格式如下： entity <entity_name实体名>is port <port list for your design，列出设计的输入/输出 信号端口> end <entity_name>;
2）结构体构成示意图 ：
结构体（Architecture）
声明部分（Declarations） 信号声明；声明用于该结构体的类型，常数，元件，子程序。
并行语句
VHDL硬件描述语言
VHDL语言设计实体的基本结构
3. 结构体说明语句 用于定义结构体中所用的数据对象和子程序， 并对所引用的元件加以说明，如： ● 信号（SIGNAL）
● 类型（TYPE）
● 常数（CONSTANT） ● 元件（COMPONENT） ● 函数（FUNCTION） ● 过程（PROCEDURE）
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3
概 述
1993年，IEEE对VHDL进行了修订，增加了一些 功能，并从更高的抽象层次和系统描述能力上扩展 VHDL的内容，公布了VHDL新的版本，编号为IEEE Std1076-1993（简称93版）。 1995年中国国家技术监督局组织编写并出版了 《CAD通用技术规范》，推荐VHDL语言作为我国电子 自动化硬件描述语言的国家标准。1996年， IEEE1076.3成为VHDL综合标准。
结构体：用来描述电路内部结构和逻辑功能。并以 标识符ARCHITECTURE开头，以END结尾。
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VHDL语言设计实体的基本结构
VHDL语言的实体说明
实体说明是VHDL程序设计中最基本的组成部分， 实体说明语句的格式如下： 主要用来描述设计实体的外部接口信号，定义设计 实体说明语句 ENTITY 实体名 IS 单元的输入、输出端口，是设计实体对外的一个通 类属说明语句 [GENERIC（类属表）；] 信界面，但它不描述设计的具体功能。 端口说明语句 [PORT（端口表）；] 结束语句 END [ENTITY] 实体名；
{; 常数名{, 常数名}: 数据类型[: 设定值]}) 常数名：是由设计者定义的类属常数名； 数据类型：常取INTEGER或TIME的类型； 设定值：为常数名所代表的数值。
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VHDL语言设计实体的基本结构
2. 类属说明语句GENERIC
VHDL硬件描述语言实验报告
硬件描述语言实验附录姓名：xxx学号：xxx指导教师：xxx目录硬件描述语言实验附录 (1)实验1.三输入与门电路实验 (2)实验2. 三—八译码器实验 (3)实验3. D触发器实验 (4)实验4. 分频器实验 (5)实验5. 状态机实验 (8)实验1.三输入与门电路实验--三输入与门电路threeinput--姓名：王定--学号：1306034248--中北大学LIBRARY IEEE; --调用库USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;--库文件--------------------------------------------------------------ENTITY threeinput IS --定义实体名，其名称必须与VHDL文本文件名称相同PORT( A: IN STD_LOGIC; --输入端口，时钟输入B: IN STD_LOGIC; --输入端口，个位写入使能C: IN STD_LOGIC; --输入端口，十位写入使能CO: OUT STD_LOGIC); --输出端口，溢出标志END ENTITY threeinput; --结束端口定义--------------------------------------------------------------ARCHITECTURE RTL OF threeinput IS--定义结构体BEGINPROCESS(A,B,C) IS --开始，必须带上BEGINCO<=A AND B AND C ;END PROCESS;END ARCHITECTURE RTL; --结束结构体表1. 三输入与门电路VHDL实验代码图1. 三输入与门电路仿真波形图，A,B,C输入，CO输出实验2. 三—八译码器实验--王定--2015年11月25日--3线-8线译码器LIBRARYIEEE; --调用库USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; --库文件-------------------------------------------------------------ENTITYthreetoeightISPORT(DA TAIN:INSTD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0);--数据输入DA TAOUT:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0));--数据输出ENDENTITYthreetoeight; --结束实体-------------------------------------------------------------ARCHITECTUREBEHA VEOFthreetoeightIS--结构体BEGIN --不能漏掉PROCESS(DATAIN) --数据输入BEGIN --开始，不能漏掉CASEDATAINIS --情况判定WHEN"000"=>DA TAOUT<="00000001";WHEN"001"=>DA TAOUT<="00000010";WHEN"010"=>DA TAOUT<="00000100";WHEN"011"=>DATAOUT<="00001000";WHEN"100"=>DA TAOUT<="00010000";WHEN"101"=>DA TAOUT<="00100000";WHEN"110"=>DATAOUT<="01000000";WHEN"111"=>DA TAOUT<="10000000";WHENOTHERS=>null;ENDCASE;ENDPROCESS;ENDBEHA VE;LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY decoder_3_to_8 ISPORT (a,b,c,g1,g2a,g2b:IN STD_LOGIC;y:OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0));END decoder_3_to_8;ARCHITECTURE rtl OF decoder_3_to_8 ISSIGNAL indata:STD_LOGIC_VECTOR (2 DOWNTO 0);BEGINindata <= c & b & a;PROCESS (indata,g1,g2a,g2b)BEGINIF (g1 = '1' AND g2a = '0' AND g2b = '0' ) THENCASE indata ISWHEN "000" => y <= "11111110";WHEN "001" => y <= "11111101";WHEN "010" => y <= "11111011";WHEN "011" => y <= "11110111";WHEN "100" => y <= "11101111";WHEN "101" => y <= "11011111";WHEN "110" => y <= "10111111";WHEN "111" => y <= "01111111";WHEN OTHERS=>y<= "XXXXXXXX";END CASE;ELSEY <= "11111111";END IF;END PROCESS;END rtl;表2. 三—八译码器VHDL实验代码图2. 三—八译码器仿真波形图--异步复位/置位的D触发器LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY dff3 ISPORT(clk,d,clr,pset:IN STD_LOGIC;q : OUT STD_LOGIC);END dff3;ARCHITECTURE rtl OF dff3 ISBEGINPROCESS (clk,pset,clr)BEGINIF (pset='0') THENq<='1';ELSIF (clr='0') THENq<='0';ELSIF (clk'EVENT AND clk='1') THENq<=d;END IF;END PROCESS ;END rtl; --同步复位的D触发器LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY dff4 ISPORT(clk,d,clr:IN STD_LOGIC;q : OUT STD_LOGIC );END dff4;ARCHITECTURE rtl OF dff4 ISBEGINPROCESS (clk)BEGINIF (clk'EVENT AND clk='1') THENIF (clr='0') THENq<='0';ELSEq<=d;END IF;END IF;END PROCESS ;END rtl;表3. 异步和同步D触发器VHDL实验代码图3. 异步触发器仿真波形图图4. 同步触发器仿真波形图--四分频器LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;----------------------------------------------ENTITY clk_div ISPORT(clk: IN STD_LOGIC;--时钟输入clk_div2: OUT STD_LOGIC;clk_div4: OUT STD_LOGIC;clk_div8: OUT STD_LOGIC;clk_div16: OUT STD_LOGIC);END ENTITY clk_div;---------------------------------------------------ARCHITECTURE rtl OF clk_div ISSIGNAL count:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);--定义一个四位的信号BEGINPROCESS(clk)BEGINIF(clk' event AND clk ='1') THEN--上升沿到来IF (count="1111") THEN--达到最大计数值count<="0000"; --置零ELSEcount<=count+1; --计数END IF;END IF;END PROCESS;clk_div2<=count(0); --2分频clk_div4<=count(1); --4分频clk_div8<=count(2); --8分频clk_div16<=count(3); --16分频END rtl;表4. 四分频器VHDL实验代码图5. 四分频器仿真波形图TMP1<= '0'; --置0,带入语句滞后ELSETMP1<= '1'; --置1END IF;END IF;END IF;END PROCESS;---------------------------------------------PROCESS(CLKIN,RST)BEGINIF RST ='1'THEN --复位有效COUNT2 <= "00000000"; --立即清零TMP2<= '1';ELSIF CLKIN'EVENT AND CLKIN='0' THEN --下降沿到来IF COUNT2 = "00000100" THEN --100==4（5个数据）COUNT2 <= "00000000";ELSECOUNT2 <= COUNT2 + 1;IF COUNT2 < "00000010" THEN --10==2（三个下降沿），小于三个上升沿时，始终置0，三个下降沿对应6分频TMP2<= '1';ELSETMP2<= '0';END IF;END IF;END IF;END PROCESS;END RTL;--信号是等待整个进程结束完后，再赋值图6. 五分频器仿真波形图实验5. 状态机实验ST <= S3; END IF; OP <= '1'; WHEN S3=> IF X = '0' THEN ST <= S3; ELSE ST <= S0; END IF; OP <= '0'; END CASE; END IF; END PROCESS STATE_COMP;END ARCHITECTURE A;END IF; END CASE; END IF;END PROCESS state_comp; END a;表6. moore 与mealy 状态机VHDL 实验代码图7. moore 型状态机VHDL 实验代码图8. mealy 型状态机仿真波形图。
VHDL硬件描述语言(2)完
3.4.1 对象与赋值语句
1、VHDL中常用的 5 种对象： 1）简单名称，如 my_var; 2）索引名称，如 my_array_var(3); 3）片断名称，如 my_array_var(3 to 6); 4）记录域名，如 my_record.a_field; 5）集合，如(my_var1, my_var2)。 所有对象均分为：变量和信号 对象 ：= 表达式； -- 变量赋值 对象 < = 表达式； -- 信号赋值 要求：表达式的值必须与对象的类型、宽度一致。
output: out std_logic_vector(2 downto 0)); end coder;
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architecture art of coder is begin process(input) begin if input(7)=„0‟ then output<=“000”; elsif input(6)=„0‟ then output<=“001”; elsif input(5)=„0‟ then output<=“010”; elsif input(4)=„0‟ then output<=“011”;
when
when
值 => 顺序处理语句；
值 to 值 => 顺序处理语句；
when
值|值|值|…|值 => 顺序处理语句；
以上三种方式的混合；
when
others => 顺序处理语句；
24
Case 语句使用注意：
1）分支条件的值必须在表达式的取值范围内。 2）两个分支条件不能重叠。 3）CASE语句执行时必须选中，且只能选中 一个分支条件。
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2、 case 语句
vhdl语言
VHDL语言简介VHDL（VHSIC Hardware Description Language）即可高速集成电路硬件描述语言，是一种用于描述数字系统和电路的硬件描述语言。
它在1981年由美国国防部的高速集成电路联合委员会（VHSIC）开发，用于设计大规模集成电路。
VHDL是一种面向对象的语言，可以用于描述各种数字系统，从简单的逻辑门到复杂的处理器。
它提供了丰富的语法和语义，使得设计人员可以准确地描述他们的电路和系统。
VHDL的优势VHDL作为一种硬件描述语言，在数字系统设计中具有许多优势。
1.可重用性：VHDL允许设计人员创建可重用的模块和子系统，这些模块和子系统可以在不同的项目中重复使用，提高了设计效率和可维护性。
2.仿真和验证：VHDL具有强大的仿真和验证能力，可以在设计之前对系统进行全面的仿真和验证。
这有助于检测和纠正潜在的问题，并确保系统在硬件实现之前达到预期的功能。
3.抽象级别：VHDL允许设计人员在不同的抽象级别上描述系统，从高级的行为级别到底层的结构级别。
这使得设计人员可以根据需要在不同的级别上工作，并且可以更容易地进行系统级别的优化。
4.灵活性和可扩展性：VHDL支持灵活的设计方法和工作流程，并允许设计人员在设计过程中进行迭代和修改。
它还可以与其他常用的设计工具和方法集成，以满足特定的需求。
VHDL语言的基本结构VHDL语言由模块、实体、架构以及信号和过程等基本元素组成。
模块（Module）模块是VHDL中描述数字系统的最基本单位。
一个模块可以包含多个实体和架构，并通过连接信号进行通信。
每个模块都有一个顶层实体和一个或多个架构。
实体（Entity）实体是描述模块的接口和行为的抽象。
它定义了输入输出端口，以及模块对外部环境的接口。
一个实体可以有一个或多个架构。
架构（Architecture）架构描述模块的具体行为和内部结构。
它定义了模块的内部信号和过程，以及对外部信号和过程的接口。
VHDL是一种硬件描述语言(课程总结)
VHDL是一种硬件描述语言，用于对电子电路和系统的行为进行描述。
VHDL是VHSIC Hardware Description Language的缩写。
所有的VHDL代码都可以仿真，但不是所有的VHDL代码都可以综合。
V ery high speed integrated circuitVHDL和V erilog HDL都与工艺和工具无关，可以方便的进行移植和重用。
可编程逻辑器件包括：复杂可编程逻辑器件（CPLD：Complex Programmable Logic Devices），现场可编程门阵列（FPGA：Field Programmable Gate Arrays）。
VHDL语言从根本上讲是并发执行的。
因此常称之为代码，而不是程序。
VHDL中，只有在进程（PROCESS）、函数（FUNCTION）、和过程（PROCEDURE）内部的语句才是顺序执行的。
第二章VHDL代码结构VHDL代码的三个基本组成部分：库（LIBRARY）声明、实体(ENTITY)、构造体（ARCHITECTURE）库声明：列出当前设计中需要的所有库文件实体：定义电路的I/O引脚；构造体：包含的代码描述电路要实现的功能。
库的建立有利于设计重用和代码共享同时使代码结构更加清晰常用库：IEEE库，Std库，work库std_logic_1164:当用到std_logic及其衍生类型时，需要声明；std_logic_arith:定义了signed和unsigned类型和相关算数运算和比较运算。
std_logic_signed:使std_logic_vector 类型的数据同signed一样执行。
std_logic_unsigned:std ，work库在程序中都是默认可见的，直接使用就可，不需要再对其进行声明；只有ieee库在使用前需要声明。
实体（ENTITY）用来描述电路所有的输入/输出引脚，端口的信号模式4种：IN,OUT,INOUT,BUFFER。
VHDL与硬件描述语言
VHDL与硬件描述语言VHDL（VHSIC Hardware Description Language）是一种硬件描述语言，被广泛应用于数字电路和系统的设计、仿真和验证中。
本文将介绍VHDL的基本概念、语法和应用，以及其在硬件设计中的重要性和优势。
一、VHDL的基本概念与语法VHDL是由美国国防部下属的VHSIC（Very High Speed Integrated Circuits）计划发起的硬件描述语言标准化工作中发展起来的，它源于Ada语言，并在此基础上进行了修改和扩展。
VHDL采用了面向对象的设计思想，通过描述硬件的结构和行为，实现了对数字系统的高层次抽象。
VHDL的基本元素包括实体（entity）、结构（architecture）和配置（configuration）。
实体定义了模块的接口和信号，结构描述了模块内部的组织和连接关系，配置用于将不同实体和结构进行绑定。
此外，VHDL还提供了丰富的数据类型、控制结构和函数库，以支持复杂的逻辑运算和算术操作。
VHDL代码的编写需要遵循一定的语法规则，如正确使用关键字、语句结束符号等。
此外，注释和缩进等规范的使用可以提高代码的可读性和可维护性。
二、VHDL的应用1. 数字电路设计VHDL在数字电路设计中被广泛应用，通过使用VHDL语言，设计人员可以描述和验证各种数字逻辑电路，包括组合逻辑电路和时序逻辑电路。
借助VHDL仿真工具，可以进行功能仿真、时序仿真和行为仿真，验证设计的正确性和性能。
2. 系统级设计除了用于电路级设计，VHDL还可以用于系统级设计。
通过对模块的整合和功能描述，可以搭建更为复杂的系统，并在此基础上进行仿真和验证。
VHDL支持高级抽象和层次化设计，使得系统级设计更加灵活和可重用。
3. ASIC和FPGA设计VHDL在应用特定的集成电路（ASIC）和现场可编程门阵列（FPGA）的设计中，具有非常重要的地位。
ASIC是在集成电路制造厂中进行定制化设计和生产的芯片，而FPGA则是可以在现场进行编程和配置的可重构芯片。
第5章VHDL硬件描述语言
5.1 VHDL概述
➢ （1）VHDL中的硬件相关结构 ➢ VHDL具有许多与数字电路结构直接相关的概念，其中最主要的是元件
(component)，它是数字硬件结构—"黑盒"或"模块"的抽象。VHDL中 的元件由实体和结构体两部分共同描述完成。其中实体描述元件与外部 环境的接口，其内部行为及结构是隐蔽的。实体的功能定义在称为结构 体的单元中，结构体规定实体电路的输入、输出以及相互之间的行为与 功能。一个实体可以存在多个对应的结构体，分别以行为风格、数据流 风格、结构化风格以及各种风格混合的描述方法来实现。元件的存在使 VHDL脱离普通程序语言的范畴，成为描述数字电路的专用硬件设计语 言。
现在，随着系统级FPGA以及系统芯片的出现，软硬件协调设计和系统 设计变得越来越重要。传统意义上的硬件设计越来越倾向于与系统设计 和软件设计结合。硬件描述语言为适应新的情况，得到迅速发展，出现 了很多新的硬件描述语言，像Superlog、SystemC、CynlibC++等。
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5.1 VHDL概述
➢ (4)VHDL语言程序模拟
➢ 采用VHDL语言进行硬件电路设计的过程中，综合、优化和布局布线往 往需要花费大量的时间。一旦综合、优化和布局布线中发现错误，设计 人员就需要修改VHDL语言程序，然后再次进行综合、优化和布局布线。 如此反复修改操作，需要花费大量的时间。因此在设计过程中，设计人 员往往先采用模拟器(或称为仿真器)对VHDL语言程序进行模拟(或称为 仿真)。这样做的目的是可以在设计的早期发现电路设计上的缺陷和错误， 从而节省电路设计的时间，缩短开发周期。
➢ (7)生成器件编程文件
➢ 生成器件编程文件的作用是将VHDL语言描述经过模拟、综合、优化和 布局布线的结果，经过一定的映射转化成一个器件编程所用的数据文件 格式。
vhdl心得体会
vhdl心得体会VHDL是一种硬件描述语言，用于描述数字逻辑电路。
我在学习VHDL过程中，有一些心得体会。
首先，学习VHDL需要有坚实的数字逻辑基础。
VHDL是用于描述数字电路的语言，因此理解数字逻辑的原理和基本概念是非常重要的。
比如理解逻辑门、触发器、多路选择器等基本的数字逻辑元件的工作原理，才能够更好地用VHDL描述这些元件。
其次，学习VHDL需要注重练习和实践。
只是理论的学习是远远不够的，需要通过实践来巩固和应用所学的知识。
可以通过编写小的数字逻辑电路的VHDL代码来实践，比如实现一个简单的加法器、乘法器或者计数器。
通过不断地实践，可以更加熟悉VHDL的语法和规范，并且加深对数字逻辑的理解。
另外，在学习VHDL过程中，需要注重代码的规范和可读性。
VHDL是一种结构化的语言，代码的结构和组织对于后期的维护和调试非常重要。
可以通过使用合适的命名规范、缩进和注释来增加代码的可读性，避免出现混乱和不易理解的情况。
此外，掌握好VHDL的多种建模方法也是很重要的。
VHDL可以使用结构化建模、数据流建模或者行为建模等不同的方法来描述电路。
对不同的电路和设计要求，选择合适的建模方法是关键。
因此，需要深入理解这些建模方法的特点和使用场景，以便更好地应用在实际的设计中。
最后，理解VHDL中的一些高级特性和工具也是很有意义的。
VHDL提供了很多高级特性，比如泛型、过程、状态机等，可以帮助我们更好地描述和优化数字逻辑电路。
同时，VHDL还有一些支持工具，比如仿真工具、综合工具和布局工具等，可以帮助我们验证和优化设计。
掌握这些高级特性和工具，可以提高设计的效率和准确性。
综上所述，学习VHDL需要有坚实的数字逻辑基础，注重实践和练习，注重代码规范和可读性，掌握多种建模方法，了解VHDL中的高级特性和工具。
通过不断地学习和实践，我们可以更好地理解和应用VHDL，更好地完成数字逻辑电路的设计。
VHDL硬件描述语言
第6章 VHDL硬件描述语言
【例6-1】用VHDL设计一个非门（反向器）。
非门即 y = a，设反相器的VHDL的文件名是not1.vhd，其中的.vhd是VHDL程序文件的 扩展名。程序结构如下：
--库和程序包部分
LIBRARY IEEE；
--打开IEEE库
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL； --调用库中STD_LOGIC_1164程序包
（3）移位运算符
移位运算符是VHDL_94新增的运算符，其中SLL （逻辑左移）和SRL（逻辑右移）是逻辑移位、SLA （算术左移）和SRA（算术右移）是算术移位、ROL （循环左移）和ROR（循环右移）是循环移位。
output1 ：OUT BIT )；
END mybody；
ARCHITECTURE myprog OF mybody IS --结构体名为myprog
SIGNAL m：BIT；
--定义中间信号m
BEGIN
m <= in1；
--输入信号传送给中间信号
output1 <= m；
--中间信号送给输出信号
l 第一个字符必须以字母开头；下划线不能连用；最 后一个字符不能是下划线；对大小写字母不敏感（英文 字母不区分大小写）；长度不能超过32个字符。
第6章 VHDL硬件描述语言
6.2.2 数据对象
VHDL中凡是可以赋予一个值的对象都可称为数据对象。 1．常量
常量是在设计实体中保持某一特定值不变的量。常 量的格式如下： CONSTANT 常量名：数据类型：= 表达式； 注意：数值和单位之间要留空格
第6章 VHDL硬件描述语言
用VHDL设计电路主要的工作过程是： 编辑 、编 译、功能仿真（前仿真）、综合 、布局、布线 、后仿 真（时序仿真）。
VHDL学习归纳
VHDL语言特点:1、VHDL具有强大的语言结构，系统硬件描述能力强、设计效率高；具有较高的抽象描述能力。
2、VHDL语言可读性强，易于修改和发现错误。
3、VHDL具有丰富的仿真语句和库函数，可对VHDL源代码进行早期功能仿真，有利于大系统的设计与验证。
4、VHDL设计与硬件电路关系不大。
5、VHDL设计不依赖于器件，与工艺无关。
6、移植性好。
7、VHDL体系符合TOP-DOWN和CE（并行工程）设计思想。
8、VHDL设计效率高，产品上市时间快，成本低。
9、易于ASIC实现。
VHDL将一个设计（元件、电路、系统）分为：外部（可视部分、端口）内部（不可视部分、内部功能、算法）VHDL程序基本结构的学习在“--”之后的是VHDL的注释语句。
基本结构包括：一、实体（Entity）二、结构体（Architecture）三、配置（Configuration）四、库（Library）、程序包（Package）一、实体（说明）：定义系统的输入输出端口。
1.类属说明：确定实体或组件中定义的局部常数。
进程或其它并行结构结构体（Architecture）实体（Entity）库、程序包配置（Configuration）ENTITY <entity_name> ISGeneric DeclarationsPort DeclarationsEND <entity_name>; (1076-1987 version)END ENTITY <entity_name> ; ( 1076-1993version)类属说明必须放在端口说明之前。
类属常用于定义：实体端口的大小、设计实体的物理特性、总线宽度、元件例化的数量等。
2.端口声明：确定输入、输出端口的数目和类型。
端口模式：in : 输入型，此端口为只读型。
out : 输出型，只能在实体内部对其赋值。
inout : 输入输出型，既可读也可赋值。
硬件描述语言VHDL复习总结
器件
FPGA(Filed Programmable Gate Array)现场可编程门阵列 SOC(System on Chip,片上系统)
SOPC (System on Programmable Chip)可编程片上系统
其它库 VITAL_PRIMITIVE
VHDL常用资源库中的程序包
• 1．STANDARDD程序包
STD
• 2. TEXTIO程序包
• 3．STD_LOGIC_1164程序包
• 4．NUMERICSTD和NUMERIC_BIT程序包
• 5．VITAL_TIMING和VITAL_PRIMITIVE程 I
设计输入 •电路原理图 •硬件描述语言
功能仿真 （前期仿真）
设计实现
•优化、合并、映射、 布局、布线
时序仿真 （后期仿真）
器件编程
器件测试
•功能仿真：验证逻辑功能。 •时序仿真：验证器件内部各逻辑模块之间的时序、定时关系。
VHDL简介
库 (LIBRARY)
•
预定义库 STD库 (隐含打开) WORK库
2010-09~2010.12
可编程逻辑器件（PLD－－ Programmable Logic Device）：器 件的功能不是固定不变的，而是可 根据用户的需要而进行改变，即由 编程的方法来确定器件的逻辑功能。
2010-09~2010.12
EDA(Electronic Design Automation电子设计自动化） ASIC(Applicaion Specific Integrated Circuit专用集成电路）
IP CORE（Intellectual Property Core)知识产权核 PROM(Programmable Read Only Memory)可编程只读存储
VHDL总结
第1部分EDA技术概述一、EDA技术的含义：EDA是Electronic Design Automation (电子设计自动化)的缩写。
以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，自动完成用软件方式描述的电子系统到硬件的逻辑编译、逻辑简化、逻辑分割、逻辑综合及优化、布局布线、逻辑仿真、直至完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门多学科融合的新技术。
二、EDA技术的实现目标及实现途径：1、实现目标完成专用集成电路ASIC或印制电路板PCB的设计和实现。
2、实现途径⑴. 超大规模可编程逻辑器件⑵. 半定制或全定制ASIC ⑶. 混合ASIC三、EDA技术的设计方法：(P8)传统的电路设计方法：自底向上的设计方法。
即首先确定可用的元器件，然后根据这些器件进行逻辑设计，完成各模块后进行连接，最后形成系统。
基于EDA技术的电路设计方法：自顶向下的设计方法。
自顶向下是指将数字系统的整体逐步分解为各个子系统和模块，若子系统的规模较大，则还需将子系统进一步分解为小的子系统和模块，层层分解，直至整个系统中各个子系统的关系合理，并便于工作于逻辑电路的设计和实现为止。
传统电路设计方法与采用EDA技术的电路设计方法的区别：1、设计方法不同：传统是自下而上的方法（Down-Top)，EDA是自上而下的设计方法（Top-Down)。
2、传统设计基于电路板；EDA技术是基于芯片的设计方法。
3、描述方式不同：传统采用电路图为主，EDA以硬件描述语言为主。
4、设计手段不同：传统以手工设计为主，EDA设计为自动设计。
结论：EDA技术极大地降低硬件电路的设计难度，提高设计效率，是电子系统设计方法的质的飞跃！四、EDA技术的设计流程(P12)1、设计输入(原理图／HDL文本编辑)2、综合(自然语言综合/逻辑综合/行为综合/ 版图综合或结构综合)3、适配4、时序仿真和功能仿真（P14）5、编程下载6、硬件测试第2部分VHDL程序结构VHDL程序由实体(Entity)、结构体(Architecture)、库(Library)、程序包(Package)和配置(Configuration)5个部分组成。
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VHDL大总结一、填空题1.两种标识符短、扩展2.4种基本数据类型常量、变量、信号、文件3.常量说明格式constant 常数名: 数据类型：=表达式；4.三种数据变换方法？函数转换、常数转换、类型标记5.四种运算操作符？逻辑、关系、算术、并置6.如何启动进程?(1).必须包含一个显示的敏感信号变量(2).或者包含一个wait语句7.五种基本结构？库(library)、包集合(package)、实体(entity)、结构体(architecture)、配置(configuration) 8.信号与变量代入？(1).<=(2).:=9.列举可编程逻辑器件?PROM→PLA→PAL→CPLD→FPGA→EPROM→EEPROM→GAL10.数据类型整数、位、位矢量、符号、布尔量、时间、错误等级、标准逻辑11.四种端口模式？IN—OUT—INOUT—BUFFER12.三种子结构描述语句？BLOCK—PROCESS—SUBPROGRAMS13.结构体三种描述方式寄存器传输（RTL）--数据流、结构描述、行为描述14.标识符规则？(1).不以数字靠头(2).下划线不连续(3).不与保留字重复(4).下划线前后必须有英文字母或者数字(5).最后一个不能使用下划线（连字符）15.扩展标识符\12@+\16.赋值？(1).信号、变量可以多次赋值(2).常量只能定义时赋值（进程内部，子函数内部）17.高阻、不定态？'Z'------------'X'18.进程位置？结构体内部19.变量位置?进程内部---包内部----子程序内部20.进程执行机制？敏感信号发生跳变21.优先级？if语句之间具有不同优先级22.时序电路的去驱动信号？时钟23.时序电路在何时发生变化？时钟信号的边沿24.两种状态机？(1).moore-----f(现状)(2).mealy-----f(现状，输入)25.什么有九值逻辑标准逻辑（STD_LOGIC）26.定义信号a，4位标准逻辑向量?SIGNAL A : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);27.定义变量b，整型，范围0 到9SIGNAL B: TNTEGER RANGE 0 TO 9;28.空操作？NULL29.CPLD与FPGA?(1).基于乘积项技术—内带存储(2).基于查找表技术—需要外部扩展存储，比如扩展EEPROM30.IF语句三种类型？(1).门闩（shuan）控制(2).二选一控制(3).多选一控制31.常用库与包集合？LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;32."/="的功能？在条件判断时判断操作符两端不相等33.串行与并行？(1).赋值语句—并行(2).IF语句------串行二、判断题1.缺少库文件LIBRARY IEEE2.缺少包集合USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL3.实体定义的分号问题port(aaa;bbb;ccc);或者port(aaa;bbb;ccc);4.带入语句问题(1).信号---<=(2).变量---:=5.引号问题？(1).字符----' '(2).字符串----" "6.末尾分号问题(1).END CASE;(2).END PROCESS;7.PROCESS必须赶上敏感信号？包含W AIT ON语句可以不列出8.VHDL与C语言没差别？(1).运行基础—CPU+RAM;逻辑、触发器组成的数字电路(2).执行方式---串行；并行(3).验证方式---变量值；时序逻辑关系9.进程之间传递用信号，非变量10.默认值数值型变量默认为0---------- 不要加引号（位变量）11.类型定义?type wr is (wr0, wr1, wr2);定义的是类型需要为该类型定义对象才可以赋值12.设计方法?(1).传统------------自下至上(2).VHDL----------自上至下13.层次设计？高层次可以调用低层次14.进程语句数量一个程序可以多个进程语句15.运算符优先级NOT>乘法>正负>关系>逻辑16.signalsel : integer?right17.进程内和进程外？原则上不一致，在没有敏感信号的前提下，可以认为一致18.定义实体至少包含一条port map?false19.时间效率?状态机比计数器更有效，更紧凑三、简答题1.名称映射与位置映射？(1).名称：COM1 : U1 PORT MAP (A<=N1，B<=N2，C<=N3);(2).位置：PORT(A,B:IN BIT;C:OUT BIT);引用时：U2：AND2 PORT MAP(NSEL, D1，AB);2.调用库里面包含的元件的方法？(1).COMPONENT(2).PORT MAP3.信号与变量的区别？(1).信号延时赋值，变量立即赋值(2).<=; :=(3).信号在器件内部相当于连线，变量没有(4).信号在结构体内定义，而变量在PROCESS中定义4.三种描述方式的区别？5.条件带入语句与条件语句的区别?(1).后者只能在进程内部使用(2).带入语句必须有ELSE，而条件语句可以没有(3).带入语句不能嵌套，而条件语句可以6.两种状态机的区别?7.简述CPLD与FPGA？(1).CPLD—乘积项技术—(2).FPGA—查找表技术--需要配置外部程序寄存芯片8.进程语句的特点?(1).并发执行，信号传递，可以存取结构体或实体中所定义的信号(2).内部语句都是顺序执行(3).启动进程--必须包含敏感信号或者wait语句9.简述VHDL基本结构库、包集合、实体、结构体、配置10.可编程逻辑器件的优点？(1).集成度高—可以替代几千块通用芯片(2).完善先进的开发工具(3).可以反复擦除、编程，方便设计和修改(4).可以灵活的定义管脚(5).保密性很好四、编程题1.二选一电路ENTITY MUX ISPORT(D0:IN BIT;D1:IN BIT;SEL:IN BIT;Q:OUT BIT);ARCHITECTURE CONNECT OF MUX IS SIGNAL TEMP1,TEMP2，TEMP3：BIT; BEGINCALE:BLOCKBEGINTEMP1<=D0 AND SEL;TEMP2<=D1 AND (NOT SEL);TEMP3<=TEMP1 OR TEMP2;Q<=TEMP3;END BLOCK CALE;END CONNECT;END CONNECT;2.四选一电路3.四位加法计数器4.八-三编码器5.四位逐位进位全加器6.数值比较器7.三-八译码器8.二-十（BCD）优先权编码器9.精确计时电路10.触发器11.四状态循环12.异或门设计13.二输入与非门14.三态门15.6分频器16.二-四译码器17.四-十六译码器18.8进制异步复位计数器五、附加19.I F语句门闩控制IF (A='1') THENC<=B;END IF;二选择控制IF (SEL='1') THEN***;ELSE***;END IF ;多选择控制IF ** THENXXX;ELSIF **THENXXX;ELSEXXX;END IF;20.C ASE语句CASE SEL ISWHEN 0=>Q<=I0;WHEN 1=>Q<=I1;WHEN OTHERS=>Q<="XXXXXX"; END CASE;21.并发信号带入语句实质是一个进程语句的缩写22.条件信号带入语句Q<=I0 WHEN SEL="00" ELSEI1 WHEN SEL="01" ELSE'X';23.选择信号带入语句WITH SEL SELECTQ<=I0 WHEN 0,I1 WHEN 1,I2 WHEN 2,'X' WHEN OTHERS;。