VHDL硬件描述语言(2.1)

5.3.1 转向控制语句 转向控制语句
转向控制语句通过条件控制开关决定是否执 行一条或几条语句，或重得执行一条或几条语句， 或跳过一条或几条语句。 分为五种： if 语句、case 语句、 loop 语句、next 语句、 exit 语句
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1、 if 语句 、
if 语句执行一序列的语句，其次序依赖于一 个或多个条件的值。 1）if 语句的门闩控制 ） if 条件 then 顺序处理语句； end if ； 例： if (ena = ‘1’) then q <= d； end if； 综合后生成锁存器（latch）
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2、 case 语句 、
case 语句常用来描述总线或编码、译码行为。 可读性比if 语句强。 格式如下： case 表达式 is when 分支条件 => 顺序处理语句； when 分支条件 => 顺序处理语句；
when 分支条件 => 顺序处理语句； end case；
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其中的分支条件可有以下的形式：
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WHEN "0110" => LED7S <= "1111101" ; -- X"7D"'6 WHEN "0111" => LED7S <= "0000111" ; -- X"07"'7 WHEN "1000" => LED7S <= "1111111" ; -- X"7F"'8 WHEN "1001" => LED7S <= "1101111" ; -- X"6F"'9 --WHEN "1010" => LED7S <= "1110111" ; -- X"77"'10 --WHEN "1011" => LED7S <= "1111100" ; -- X"7C"'11 --WHEN "1100" => LED7S <= "0111001" ; -- X"39"'12 --WHEN "1101" => Biblioteka BaiduED7S <= "1011110" ; -- X"5E"'13 --WHEN "1110" => LED7S <= "1111001" ; -- X"79"'14 --WHEN "1111" => LED7S <= "1110001" ; -- X"71"'15 WHEN OTHERS => NULL ; END CASE ; END PROCESS ; END ;
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3）if 语句的多选择控制 ） if 语句的多选择控制又称为 if 语句的嵌套。 格式： if 条件 then 顺序处理语句； elsif 条件 then 顺序处理语句； ┇ elsif 条件 then 顺序处理语句； else 顺序处理语句； end if；
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典型电路是多选一(四选一)电路。
5.3 VHDL顺序语句（Sequential） 顺序语句（ 顺序语句 ）
ENTITY
ARCHITECTURE Process Process ports
Sequential Process Combinational Process
ports
component
硬件执行：并发执行（VHDL本质） 仿真执行：顺序执行、并发执行 分为两大类：顺序（Sequential）描述语句 并发（Concurrent）描述语句
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elsif input(3)=‘0’ then output<=“100”; elsif input(2)=‘0’ then output<=“101”; elsif input(1)=‘0’ then output<=“110”’; else output<=“111”; end if; end process; end art;
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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”;
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BEGIN PROCESS( A ) BEGIN CASE A(3 DOWNTO 0) IS WHEN "0000" => LED7S <= "0111111" ; -- X"3F"'0 WHEN "0001" => LED7S <= "0000110" ; -- X"06"'1 WHEN "0010" => LED7S <= "1011011" ; -- X"5B"'2 WHEN "0011" => LED7S <= "1001111" ; -- X"4F"'3 WHEN "0100" => LED7S <= "1100110" ; -- X"66"'4 WHEN "0101" => LED7S <= "1101101" ; -- X"6D"'5
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例1：七段数码管驱动电路（电子时钟的 ：七段数码管驱动电路（电子时钟的DISP） ） LIBRARY IEEE ; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL ; ENTITY segment7 IS PORT ( A : IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0) ; LED7S : OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0) ) ; END ; ARCHITECTURE one OF segment7 IS
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行为描述形式
end behave;
课堂作业： 请分别用行为描述和寄存器传输级 描述方式分别编写3输入的与非门电路 描述方式分别编写 输入的与非门电路
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3、 Loop 语句 、
loop 语句与其它高级语言中的循环语句相 似。Loop 语句有三种格式。 1）无限 loop 语句 ） [loop_label]：LOOP --sequential statement EXIT loop_label ; END LOOP; VHDL重复执行 loop 循环内的语句，直至遇 到 exit 语句结束循环。
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例：用case 语句描述四选一电路
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例：case 语句的误用 signal value : integer range 0 to 15 ; signal out_1 : bit ; case value is -- 缺少 when条件语句 end case ; case value is -- 分支条件不包含2到15 when 0 => out_1 <= ‘1’ ; when 1 => out_1 <=‘0’ ; end case ; case value is -- 在5到10上发生重叠 when 0 to 10 => out_1 <= ‘1’ ; when 5 to 15 => out_1 <= ‘0’ ; end case ;
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FOR N IN 0 TO 7 LOOP TMP:=TMP XOR a(N); END LOOP; Y<= TMP; END PROCESS; END ART;
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8位奇校验电路仿真结果：
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将变量tmp的初值改为‘0’，则为偶校验电路：
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4、 Next 语句 、
在loop 语句中 next语句用来跳出本次循环。 格式： next [标号] [when 条件表达式]； 分三种情况： 1） next ； 无条件终止当前的循环，跳回到本次循环 LOOP语句开始处，开始下次循环。
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例2：2输入的与门电路描述
library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity and22j is port(a:in std_logic; b:in std_logic; y:out std_logic); end and22j; architecture behave of and22j is begin p1:process(a,b)
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variable comb:std_logic_vector(1 downto 0); begin comb:=a & b; case comb is when "00"=>y<='0'; when "01"=>y<='0'; when "10"=>y<='0'; when "11"=>y<='1'; when others=>y<='X'; end case; end process p1; end behave;
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if_then_elsif 语句中隐含了优先级别的判断， 最先出现的条件优先级最高，可用于设计具有优 先级的电路。如8-3优先级编码器。 library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity coder is port(input: in std_logic_vector(7 downto 0); output: out std_logic_vector(2 downto 0)); end coder;
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寄存器传输级 描述形式
例3：2输入的与门电路描述
library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity and22 is port(a:in std_logic; b:in std_logic; y:out std_logic); end and22; architecture behave of and22 is begin y<=a and b;
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例：用 for … loop 语句描述的8位奇校验电路
LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY P_CHECK IS PORT (a:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); Y:OUT STD_LOGIC); END P_CHECK; ARCHITECTURE ART OF P_CHECK IS BEGIN PROCESS(A) variable TMP:STD_LOGIC; BEGIN TMP:='1';
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顺序描述语句： 执行顺序与书写顺序一致，与传统软件设计 语言的特点相似。顺序语句只能用在进程与子程 序中。 可描述组合逻辑、时序逻辑。 常用的顺序描述语句： 赋值语句； if语句；case语句；loop语句； next语句；exit语句；子程序；return语句； wait语句；null语句。
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when when when
值 => 顺序处理语句； 值 to 值 => 顺序处理语句； 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；
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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。 4）如果没有 others 分支条件存在，则分支条 件必须覆盖表达式所有可能的值。 对std_logc, std_logic_vector数据类型要特 别注意使用others分支条件。
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条件改为时钟沿，则生成 D触发器：
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2）if 语句的二选择控制 ） 格式： if 条件 then 顺序处理语句； else 顺序处理语句； end if ； 用条件来选择两条不同程序执行的路径。
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此描述的典型电路是二选一电路： architecture rtl of mux2 is begin process(a, b, sel) begin if (sel = ‘1’) then y <= a ; else y <= b ; end if ; end process ; end rtl ;
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例1： …… L2: loop a:=a+1; exit L2 when a >10; end loop L2; ……
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2）for … loop 语句 ） [标号]：for 循环变量 in 离散范围 顺序处理语句； end loop [标号]； loop
特点： ①循环变量是 loop 内部自动声明的局部量，仅 在 loop 内可见；不需要指定其变化方式。 ②离散范围必须是可计算的整数范围： 整数表达式 to 整数表达式 整数表达式 downto 整数表达式