经典的综述硬件描述语言
硬件描述语言VHDL
--使用IEEE库
use IEEE.std_logic_1164.all;
--使用IEEE库std_logic_1164程序包所有设计单元
use IEEE.std_logic_arith.all;
--使用IEEE库std_logic_arith程序包所有设计单元
use IEEE.std_logic_unsigned.all; --使用IEEE库std_logic_unsigned程序包所有设计单元
数据类型。
端口很重要：端口是实体和外界通信的动态信息通道，每个端口都有端口名、端口方向以及
端口子类型。
例如：2选1数据选择器端口的VHDL描述如下：
entity mux21 is
--实体名：mux21
port (d0,d1,sel: in bit;
--输入信号：d0, d1, sel，均为bit数据类型
Integrated Circuit）计划，其目标之一是为下一代集成电路的
生产，实现阶段性的工艺极限以及完成10万门级以上的设计，
建立一项新的描述方法。1981年提出了一种新的HDL，称之为
VHSIC Hardware Description Language，简称为VHDL。
3
★ VHDL语言的主要优点
--说明wide为常数，其数值为整数32
15
3.端口方向 端口方向的四种模式：输入in、输出out、双向inout和缓冲buffer。缺省值是 输入。 输入in：输入仅允许数据由外部流向实体输入端口。主要用于时钟输入、复 位、使能，单向数据输入等输入信号的描述。 输出out：输出仅允许数据从实体内部流向实体输出端口，输出模式不能用于 反馈，因为输出端口在实体内部不可读。通常用于电路的各种输出，如计数 器、移位寄存器等输出信号描述。 双向inout：双向模式允许数据流入或流出实体，双向模式允许用于内部反馈。 双向模式可以替代其它任一模式，适合描述双向数据总线等。 缓冲buffer：缓冲模式通常用于内部有反馈需求的信号描述。 buffer与out类 似，只是buffer允许用于内部反馈，而out不能用于内部反馈。
硬件描述语言简介(ppt 68页)
4选1数据选择器实例之一
数的表示方法
整型常量
decimal, hexadecimal, octal or binary format. 两种表达方法
简单的十进制数. 10,9,156. <位宽（可选）> <'进制><0-9 and a to f（hexadecimal）>
attention!
下面是MUX的结构级描述，采用Verilog基本单元(门)描述。描 述中含有传输延时。
module mux21(out, a, b, sl); input a, b, sl; output out;
not u1 (nsl, sl ); and #1 u2 (sela, a, nsl); and #1 u3 (selb, b, sl); or #2 u4 (out, sela, selb); endmodule
七段数码管译码器及仿真研究
Decoder0
D3
D2
IN[3..0] OUT[15..0]
WideOr10
D1
g
D0
DECODER
WideOr8 f
WideOr6 e
WideOr4 d
b~0 b
a~0 a
c
q1~reg0
q2~reg0
PRE
PRE
d
D
Q
D
Q
q2
clk
ENA
ENA
CLR
第九章 硬件描述语言简介
Verilog HDL
HDL的含义
Hardware Description Language
Verilog HDL与其他HDL比较
Verilog HDL —“告诉我你想要电路做什么，我给你提供能 实现这个功能的硬件电路”
硬件描述语言
硬件描述语言硬件描述语言（HardwareDescriptionLanguage，HDL），是一种特殊的编程语言，旨在帮助设计人员（称作HDL程序员）创建电子系统的软硬件。
它支持现在最先进的电子系统，并能够提供开发方案，以更快地实现目标，更有效地使用更少的资源，并且更稳定地完成任务。
HDL是一种高级程序设计语言，由若干种编程语言构成，其中包括Verilog，VHDL, SystemVerilog等。
HDL语言描述技术主要用于描述单片机或模拟集成电路（IC）中的复杂电路结构和功能。
它以硬件参数、原语和结构描述为基础，能够描述逻辑系统的底层电路，比如门逻辑、触发器、多路选择器、比较器等。
HDL具有许多优点，能够极大地降低电路设计的困难程度，同时简化设计的复杂性和过程，可以提高设计效率和提升最终产品的性能。
HDL提供方便的调试和测试功能，可以支持电路设计过程管理，减少产品设计和开发的工作量。
此外，HDL能够提供标准、可重用的描述，以及可读性好的语法，可以显著简化设计过程。
HDL的另一个重要优点是，它可以帮助HDL程序员创建更复杂、更现代化的电路设计，而不需要编译器和其它复杂的程序设计开发工具。
HDL可以提供电路设计过程中所需的所有功能，包括定义电路功能，输入输出管理，系统级构建，网络结构，状态机控制，信号处理，数据传输等。
它还利用可视化技术以及带有标准和完善的接口，能够更快地识别和定位问题，大大降低了调试产品的时间。
HDL的另一个优点在于，它具有许多可扩展性，无需为每个项目开发新的硬件。
HDL能够有效地管理工厂现有的系统设计，例如将新的硬件模块添加到已有的电路框架中，并且能够有效地利用已有的硬件，尽可能减少更改硬件布局的时间。
当今，HDL已经成为电子行业中最专业化的编程语言，并被广泛应用于微处理器、嵌入式系统、数字信号处理（DSP）、模拟信号处理（ASP）、网络交换、存储器系统，以及其它领域。
HDL在加速设计过程、改善产品质量、减少产品成本方面十分有用，是现今许多企业进行电子产品设计的重要工具。
硬件描述语言范例
硬件描述语言范例第一篇：硬件描述语言范例硬件描述语言语言设计实例 1、8-3编码器module encode_verilog(a ,b);input [7:0] a;//编码器输入wire [7:0] a;output [2:0] b;//编码器输出 reg [2:0] b;always @(a) begincase(a)//编码器某一输入端口为高电平输出相应的3位二进制数8'b0000_0001 : b<=3'b000;//08'b0000_0010 : b<=3'b001;//18'b0000_0100 : b<=3'b010;//28'b0000_1000 : b<=3'b011;//38'b0001_0000 : b<=3'b100;//48'b0010_0000 : b<=3'b101;//58'b0100_0000 : b<=3'b110;//68'b1000_0000 : b<=3'b111;//7default : b<= 3'b000;//其他情况编码器输出3’b000endcaseend endmodule 2、8-3优先编码器module p_encode_verilog(A ,I ,GS ,EO ,EI);//编码器以低为有效input [7:0] I;//编码器输入 wire [7:0] I;input EI;//输入使能，EI=0时，编码器正常工作 wire EI;output [2:0] A;//编码器输出 reg [2:0] A;output GS;//优先编码器工作状态标志，编码器的八个输入端有信号输入时，GS=0 reg GS;output EO;//输出使能，reg EO;always @(I or EI)if(EI)//使用if、else if表明条件的优先级顺序beginA <= 3'b111;GS <= 1;EO <= 1;end else if(I[7] == 0) beginA <= 3'b000;GS <= 0;EO <= 1;end else if(I[6] == 0) beginA <= 3'b001;GS <= 0;EO <= 1;endelse if(I[5] == 0) beginA <= 3'b010;GS <= 0;EO <= 1;endelse if(I[4] == 0) beginA <= 3'b011;GS <= 0;EO <= 1;endelse if(I[3] == 0) beginA <= 3'b100;GS <= 0;EO <= 1;endelse if(I[2] == 0)beginA <= 3'b101;GS <= 0;EO <= 1;endelse if(I[1] == 0)beginA <= 3'b110;GS <= 0;EO <= 1;endelse if(I[0] == 0)beginA <= 3'b111;GS <= 0;EO <= 1;endelse if(I == 8'b11111111)beginA <= 3'b111;GS <= 1;EO <= 0;end endmodule 3、3-8译码器module decoder_verilog(G1 ,Y ,G2 ,A ,G3);input G1;//使能输入，高有效 wire G1;input G2;//使能输入，低有效 wire G2;input [2:0] A;//3位译码器输入，为高有效 wire [2:0] A;input G3;//使能输入wire G3;//使能输入，低有效output [7:0] Y;//8位译码器输出，为低有效reg [7:0] Y;regs;always @(A ,G1, G2, G3)begins <= G2 | G3;if(G1 == 0)//G1为低有效Y <= 8'b1111_1111;else if(s)Y <= 8'b1111_1111;elsecase(A)3'b000 : Y<= 8'b1111_1110;3'b001 : Y<= 8'b1111_1101;3'b010 : Y<= 8'b1111_1011;3'b011 : Y<= 8'b1111_0111;3'b100 : Y<= 8'b1110_1111;3'b101 : Y<= 8'b1101_1111;3'b110 : Y<= 8'b1011_1111;3'b111 : Y<= 8'b0111_1111;endcase end endmodule4、数据选择器module mux8_1_verilog(Y ,A ,D0, D1，D2, D3, D4, D5, D6, D7 ,G);input [2:0] A;//地址输入端 wire [2:0] A;input D0;//数据输入端 input D1;//数据输入端 input D2;//数据输入端 input D3;//数据输入端 input D4;//数据输入端 input D5;//数据输入端 input D6;//数据输入端 input D7;//数据输入端input G;//使能端，当G=1时Y=0，当G=0时数据选择器正常工作 wire G;output Y;//数据输出端 reg Y;always @(G or A or D0 or D1 or D2 or D3 or D4 or D5 or D6 or D7)beginif(G == 1)//使能端的优先级高Y <= 0;elsecase(A)//根据输入的地址A确定数据选择器输出哪路输入数据3'b000 : Y = D0;3'b001 : Y = D1;3'b010 : Y = D2;3'b011 : Y = D3;3'b100 : Y = D4;3'b101 : Y = D5;3'b110 : Y = D6;3'b111 : Y = D7;default : Y = 0;endcase end endmodule5、多位数值比较器module compare_verilog(Y ,A ,B);input [3:0] A;//4位二进制数A wire [3:0] A;input [3:0] B;//4位二进制数B wire [3:0] B;output [2:0] Y;//A与B大小的比较结果 reg [2:0] Y;always @(A or B)begin if(A > B)Y <= 3'b001;//A > B时Y输出3'b001else if(A == B)Y <= 3'b010;//A = B时Y输出3'b010elseY <= 3'b100;//A < B时Y输出3'b100end endmodule6、全加器module sum_verilog(A ,Co ,B ,S ,Ci);input A;//输入加数A wire A;input B;//输入加数B wire B;input Ci;//相邻低位的进位输入信号wire Ci;output Co;//向相邻高位的进位输出信号 reg Co;output S;//相加和数输出 reg S;always @(A or B or Ci)beginif(A== 0 && B == 0 && Ci == 0)beginS <= 0;Co <= 0;end else if(A== 1 && B == 0 && Ci == 0)beginS <= 1;Co <= 0;end else if(A== 0 && B == 1 && Ci == 0)beginS <= 1;Co <= 0;end else if(A==1 && B == 1 && Ci == 0)beginS <= 0;Co <= 1;end else if(A== 0 && B == 0 && Ci == 1)beginS <= 1;Co <= 0;end else if(A== 1 && B == 0 && Ci == 1)beginS <= 0;Co <= 1;end else if(A== 0 && B == 1 && Ci == 1)beginS <= 0;Co <= 1;endelsebeginS <= 1;Co <= 1;end end endmodule7、D触发器module Dflipflop(Q ,CLK , RESET ,SET ,D ,Qn);input CLK;//D触发器输入时钟wire CLK;input RESET;//D触发器清零输入wire RESET;input SET;//D触发器预置数输入 wire SET;input D;//D触发器输入wire D;output Q;//D触发器输出reg Q;output Qn;wire Qn;assign Qn = ~Q;//将D触发器输出取反always @(posedge CLK or negedge SET or negedge RESET)beginif(!RESET)//RESET下降沿将D触发器输出清零Q <= 0;else if(!SET)//SER下降沿将D触发器输出置1Q <= 1;else Q <= D;//CLK上升沿D触发器输出等于输入end endmodule8、寄存器module reg8(clr ,clk ,DOUT ,D);input clr;//异步清零信号，高有效 wire clr;input clk;//时钟输入 wire clk;input [7:0] D;//寄存器数据输入wire [7:0] D;output [7:0] DOUT;//寄存器数据输出reg [7:0] DOUT;always @(posedge clk or posedge clr)beginif(clr == 1'b1)DOUT <= 0;else DOUT <= D;end endmodule9、双向移位寄存器module shiftdata(left_right ,load ,clr ,clk ，DIN ,DOUT);input left_right;// 左移右移控制信号 wire left_right;input load;//异步置数信号，有效时将DIN输入wire load;input clr;//异步清零信号，高有效 wire clr;input clk;//时钟输入 wire clk;input [3:0] DIN;//并行输入wire [3:0] DIN;output [3:0] DOUT;//并行输出wire [3:0] DOUT;// DOUT是一个wire型变量，不能在always 块中被赋值reg [3:0] data_r;//所以定义一个寄存器型变量data_r作为中间变量 assignDOUT = data_r;always @(posedge clk or posedge clror posedge load)beginif(clr == 1)//异步清零data_r <= 0;else if(load)//异步置数data_r <= DIN;else beginif(left_right)//left_right=1，信号左移begindata_r <=(data_r<<1);data_r[0] <= 0;//移出位补0endelse begin //left_right=0，信号右移data_r <=(data_r>>1);data_r[3] <= 0;//移出位补0endendend endmodule 10、4位二进制加减法计数器module counter4(load ,clr ,c ,DOUT , clk, up_down ,DIN);input load;//异步预置数 input clk;//输入时钟 wire load;input clr;//异步清零wire clr;input up_down;//加减计数，up_dpwn=1加计数，up_down=0减计数 wire up_down;input [3:0] DIN;//预置数输入 wire [3:0] DIN;output c;//进位/借位输出，可以用于计数器的级联reg c;output [3:0] DOUT;//计数输出wire [3:0] DOUT;reg[3:0] data_r;assign DOUT = data_r;always @(posedge clk or posedge clror posedge load)beginif(clr == 1)//异步清零data_r <= 0;else if(load == 1)//异步预置data_r <= DIN;else begin if(up_down ==1)//加计数beginif(data_r == 4'b1111)begindata_r <= 4'b0000;c = 1;endelse begindata_r <= data_r +1;c = 0;endendelse //减计数beginif(data_r == 4'b0000)begindata_r <= 4'b1111;c = 1;end else begindata_r <= data_r-1;c = 0;endendend endendmodule11、十进制加减法计数器module counter10(load ,clr ,c ,DOUT ,clk，up_down ,DIN ,seven_seg);input load;//异步预置数 input clk;//输入时钟 wire load;input clr;//异步清零 wire clr;input up_down;//加减计数，up_dpwn=1加计数，up_down=0减计数wireup_down;input [3:0] DIN;//预置数输入 wire [3:0] DIN;output c;//进位/借位输出，可以用于计数器的级联reg c;output [3:0] DOUT;//计数输出 output [7:0] seven_seg;//7段数码管 wire [3:0] DOUT;reg [3:0] data_r;assign DOUT = data_r;always @(posedge clk or posedge clror posedge load)beginif(clr == 1)//异步清零data_r <= 0;else if(load == 1)//异步预置data_r <= DIN;else if(up_down ==1 & data_r == 9)//加进位beginc = 1;data_r <= 4'b0000;end else if(up_down ==0 & data_r == 0)//减借位beginc = 1;data_r <= 9;end elsebeginif(up_down ==1)begin //加计数data_r <= data_r +1;c = 0;endelse begin//减计数data_r <= data_r-1;c = 0;endend end/************数码管***************/ assign seven_seg =Y_r;reg [7:0] Y_r;always @(data_r)//用7段数码管显示计数输出begin Y_r =8'b11111111;case(data_r)4'b0000: Y_r = 8'b00000011;//显示0 4'b0001: Y_r = 8'b10011111;//显示 1 4'b0010: Y_r = 8'b00100101;//显示 2 4'b0011: Y_r = 8'b00001101;//显示 3 4'b0100: Y_r = 8'b10011001;//显示 4 4'b0101: Y_r = 8'b01001001;//显示 5 4'b0110: Y_r = 8'b01000001;//显示 6 4'b0111: Y_r = 8'b00011111;//显示7 4'b1000: Y_r = 8'b00000001;//显示8 4'b1001: Y_r = 8'b00001001;//显示9 default: Y_r = 8'b11111111;//默认数码管不发光endcase endendmodule12、顺序脉冲发生器module pulsegen(Q ,clr ,clk);input clr;//异步预置数wire clr;input clk;//时钟输入 wire clk;output [7:0] Q;//顺序脉冲输出 wire [7:0] Q;reg [7:0] temp;reg x;assign Q =temp;always @(posedge clk or posedge clr)beginif(clr==1)begintemp <= 8'b00000001;//temp寄存预定的序列x= 0;end elsebeginx<= temp[7];//序列最高位输出temp <= temp<<1;//temp左移一位temp[0] <=x;//将输出的结果赋给序列最低位，实现序列的循环输出endend endmodule13、序列信号发生器module xlgen(Q ,clk ,res);input clk;//时钟输入 wire clk;input res;//异步预置数 wire res;output Q;//序列信号输出 reg Q;reg [7:0] Q_r;always @(posedge clk or posedge res)beginif(res ==1)beginQ <= 1'b0;Q_r <= 8'b11100100;//Q_r寄存预定的序列endelsebeginQ <= Q_r[7];//序列最高位输出Q_r <= Q_r<<1;//Q_r左移一位Q_r[0] <=Q;//将输出的结果赋给序列最低位，实现序列的循环输出endend endmodule14、分频器module clockdiv(Q ,rst ,sysclk ,sel);input rst;//系统复位wire rst;input sysclk;//系统时钟输入 wire sysclk;input [1:0] sel;//分频倍数选择 wire [1:0] sel;output Q;//分频器输出 wire Q;reg [2:0] q;reg [31:0] cnt;reg clk;//时钟分频模块always @(posedge sysclk or negedge rst)begin if(!rst)begin cnt <= 0;clk <= 1'b1;end else begincnt <= cnt + 1'b1;if(cnt >= 32'd2500000)begin /clk时钟周期是系统时钟周期的5000000倍clk <= ~clk;cnt <= 0;end end end//分频器模块always @(posedge clk or negedge rst)if(!rst)q[0] <= 0;else q[0] <= ~q[0];// q[0]是clk的2分频always @(posedge q[0] or negedge rst)if(!rst)q[1] <= 0;else q[1] <= ~q[1];// q[1]是clk的4分频always @(posedge q[1] or negedge rst)if(!rst)q[2] <= 0;else q[2] <= ~q[2];// q[2]是clk的8分频assign Q =(sel== 2'd0)? clk : //分频器输出clk(sel== 2'd1)? q[0] : //分频器输出clk的二分频(sel== 2'd2)? q[1] : //分频器输出clk的四分频(sel== 2'd3)? q[2] : 0;//分频器输出clk的八分频 endmodule 第二篇：教学大纲-FPGA及硬件描述语言《FPGA与硬件描述语言》教学大纲课程名称：FPGA与硬件描述语言英文名称： FPGA and hardware description language 课程类别：实践教学课课程编号：学分： 4学时：68 课程简介：FPGA与硬件描述语言该课程主要讲授数字逻辑电路的基本知识、基本理论和基本分析、设计方法，并利用现代EDA技术的verilog和Multisim进行数字逻辑电路分析与设计，它起到由专业基础课向专业课过渡的承上启下的作用。
5-硬件描述语言
VHDL结构定义的语法
architecture architecture-name of entity-name is type declarations signal declarations constant declarations function definitions procedure definitions component declarations begin concurrent-statement ••• concurrent-statement end architecture-name;
and or nand nor xor xnor not
与 或 与非 或非 异或 异或非 非
mod(7,2)= 1
rem(7,2)= 1
mod(9,3)= 0
mod(5,-2)= -1
mod(X,0)= X
rem(5,-2)= 1
mod(X,X)= 0
类型和常量声明的语法
典型VHDL程序中常用的类型是用户自定义类型，其中 最常用的是枚举类型，通过列举该类型的值来定义。
子类型 例子:
subtype subtype subtype subtype
twoval_logic is std_logic range „0‟ to „1‟; fourval_logic is std_logic range „X‟ to „Z‟; negint is integer range -2147483647 to -1; bitnum is integer range 31 downto 0;
Cout
实体声明
例子: 全加器
A B 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1
硬件描述语言简介精品PPT课件
CI
and //调用3个与门AND1,AND2,AND3
AND1(C_1,A,B),
A B
AND2(C_2,A, CI),
AND3(C_3,B, CI);
or
OR1(Cout,C_1,C_2,C_3);
//调用或门实现Cout=AB+A(CI)+B(CI)
A2 B 2 A3 B3
A4B4
CI CO
CI
C O
CI CO
CI CO
C tem p1 Ctemp2 Ctemp3
CO
S a1 d d 1 S 2a d d 2 S a3 d d 3 S 4a d d 4
例8.3.1的4位加法器
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11
第一节 硬件描述语言简介
//对4位串行进位加法器的顶层结构的描述
endmodule //结束
14
XOR2
Sum
XOR1
AND3 OR1 AND2
Cout
AND1
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做人，无需去羡慕别人，也无需去花 时间去 羡慕别 人是如 何成功 的，想 的只要 是自己 如何能 战胜自 己，如 何变得 比昨天 的自己 强大就 行。自 己的磨 练和坚 持，加 上自己 的智慧 和勤劳 ，会成 功的。 终将变 成石佛 那样受 到大家 的尊敬 。
是的，折枝的命运阻挡不了。人 世一生 ，不堪 论，年 华将晚 易失去 ，听几 首歌， 描几次 眉，便 老去。 无论天 空怎样 阴霾， 总会有 几缕阳 光，总 会有几 丝暗香 ，温暖 着身心 ，滋养 着心灵 。就让 旧年花 落深掩 岁月， 把心事 写就在 素笺， 红尘一 梦云烟 过，把 眉间清 愁交付 给流年 散去的 烟山寒 色，当 冰雪消 融，自 然春暖 花开， 拈一朵 花浅笑 嫣然。
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。
硬件描述语言及器件2(侯伯亨版)
硬件描述语言发展历程
1980年代
第一个HDL，即VHDL诞生。
1990年代
Verilog成为另一种广泛使用的 HDL。
2000年代至今
随着FPGA和ASIC设计复杂性的 增加，HDL在数字电路设计中占 据越来越重要的地位。
硬件描述语言应用领域
集成电路设计
用于描述数字集成电路的行为和结构。
系统级设计
述组合逻辑电路和时序逻辑电路，使得设计者能够更方便地描述电路的行为和功能。
结构建模
总结词
结构建模关注电路的物理结构和组成，使用实例化语句来描述。
详细描述
结构建模是一种基于物理结构的硬件描述方法。它关注电路的物理结构和组成，使用实例化语句来描述电路的各 个组成部分。这种方法使得设计者能够更清晰地表达电路的结构和组成，并且方便地实现电路的模块化和复用。
仿真和测试
Verilog支持仿真和测试，使得设计者能够验证电路的正确性和性能。
可移植性
Verilog代码可以在不同的EDA工具和平台上使用，提高了设计的可 移植性。
模块化设计
Verilog支持模块化设计，使得复杂系统可以被分解为较小的模块， 提高了设计的可维护性和可重用性。
Verilog语言基本结构
混合建模
总结词
混合建模结合了行为建模和结构建模的方法，通过使用不同的建模方法来描述不同的电路部分。
详细描述
混合建模是一种综合使用行为建模和结构建模的方法。它可以根据不同的电路部分选择不同的建模方 法，以实现更全面、更准确的硬件描述。混合建模能够充分发挥行为建模和结构建模的优势，使得设 计者能够更灵活地描述复杂的电路系统。
05
硬件描述语言应用实例
VHDL应用实例
《硬件描述语言简介》PPT课件
行仿真，再自动综合到门级电路，最后用ASIC或
FPGA实现其功能。
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2
举个例子，在传统的设计方法中，对2输入的与
门，我们可能需到标准器件库中调个74系列的器件
出来，但在硬件描述语言中，“& ”就是一个与门的
形式描述，“C = A & B”就是一个2输入与门的描述。
而“and”就是一个与门器件。
硬件描述语言发展至今已有二十多年历史，当
今业界的标准中（IEEE标准）主要有VHDL和
Verilog HDL 这两种硬件描述语言。
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9.2 Verilog HDL 简介
在数字电路设计中，数字电路可简单归纳为两种要素：
线和器件。线是器件管脚之间的物理连线；器件也可简单
end
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endmodule
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2、结构描述方式
结构化的建模方式就是通过对电路结构的描述来建
模，即通过对器件的调用（HDL概念称为例化），并使
用线网来连接各器件的描述方式。
这里的器件包括Verilog HDL的内置门如与门and，
异或门xor等，也可以是用户的一个设计。结构化的描述
方式反映了一个设计的层次结构。
output d_out;
assign d_out = d_en ? din :'bz;
mytri u_mytri(din,d_en,d_out);
endmodule
Endmodule
2021/6/20
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模块的结构：
通过上面的实例可看出，一个设计是由一个个模块
（module）构成的。一个模块的设计如下：
硬件描述语言Verilog
6
Verilog在不同设计层次上的作用
•行为级 –描述系统中数据在不同模块之间的传输 –描述必要的操作 •寄存器传输级（RTL） –描述系统中的数据流和功能模块之间和内部的控制信号 –按照定义的时钟周期建立模型 •门级（结构） –描述底层单元之间的连接，可以更精确地描述系统的行 为 –在进行综合时使用特定工艺库完成RTL到门级的映射
7
Verilog发展历史
• 1985年，Gateway Design Automation公司为其仿 真器产品开发了Verilog语言。 • 1989年，Cadence收购Gateway公司，并继续推 广该语言和仿真器。 • 1990年，组织了OVI（Open Verilog International） • 1993年，IEEE开始了Verilog的标准化工作 • 1995年，IEEE 1364-1995 Verilog标准得到通过
14
系统任务和函数标识符$ 系统任务和函数标识符
$<标识符 标识符> 标识符 ‘$’ 符号表示 Verilog 的系统任务和函数 常用的系统任务和函数有下面几种： 常用的系统任务和函数有下面几种： 1) $time //找到当前的仿真时间 2) $display, $monitor //显示和监视信号值的变化 3) $stop //暂停仿真 4) $finish //结束仿真
硬件描述语言Verilog
1
为什么要采用硬件描述语言
• 随着设计复杂性的提高，无法再用硬件 直接实现需要的功能 • 易于通过EDA工具完成工艺无关的设计， 有利于保证设计正确性和对设计进行管理 • 便于对设计进行管理、归档和重用 • 易于对设计进行修改，以探索不同的设 计可能性 • 便于提高设计的效率
第6章 VHDL硬件描述语言PPT课件
（7）设计灵活，修改方便。
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）。
6.1.2 VHDL的基本结构
一个VHDL程序必须包括实体（ENTITY）和结构 体（ARCHITECTURE）。除实体和结构体外，多数程序 还要包含库和程序包部分。实体中定义了一个设计模块 的外部输入和输出端口，即模块（或元件）的外部特征， 描述了一个元件或一个模块与其他部分（模块）之间的 连接关系，可以看作是输入输出信号和芯片管脚信息。 结构体主要用来说明元件内部的具体结构，即对元件内 部的逻辑功能进行说明，是程序设计的核心部分。库是 程序包的集合，不同的库有不同类型的程序包。程序包 用来定义结构体和实体中要用到的数据类型、元件和子 5 程序等。
3
第6章 VHDL硬件描述语言
6.1 VHDL概述
6.1.1 VHDL的特点
（1）作为HDL的第一个国际标准，VHDL具有很强的 可移植性。
（2）具有丰富的模拟仿真语句和库函数 。
（3）VHDL有良好的可读性，接近高级语言，容易理 解。
（4）系统设计与硬件结构无关。
（5）支持模块化设计。
（6）用VHDL完成的一个确定设计，可以利用EDA工 具自动地把VHDL描述转变成门电路级网表文件。
1．预定义数据类型
该类型是最常用、最基本的一种数据类型，在标准 程序包STANDARD和STD LOGIC_ 1164及其他程序包中 作了定义，已自动包含在VHDL源文件中，不必通过USE 语句进行显示调用。
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具体类型如下：
第6章 VHDL硬件描述语言
（1）整数类型（INTEGER）
《硬件描述语言》课件
嵌入式系统设计
系统集成
在嵌入式系统设计中，硬件描述语言可以用于集成各种硬 件和软件组件，如处理器、存储器、外设接口等。这有助 于提高系统的可靠性和性能。
可定制性
通过使用硬件描述语言，可以根据具体的应用需求对嵌入 式系统进行定制和优化。这有助于缩短产品上市时间和降 低成本。
低功耗设计
在嵌入式系统设计中，低功耗是一个重要的考虑因素。使 用硬件描述语言，可以帮助设计人员更好地优化系统的功 耗性能。
总结词
提高硬件工作效率的技术
VS
详细描述
流水线（Pipeline）设计技术是一种将一 个完整操作分解为多个独立、有序的阶段 ，并使这些阶段连续执行以提高效率的技 术。在硬件设计中，流水线技术可以将一 个复杂操作分解为多个简单操作，并行执 行，从而显著提高硬件的工作效率和性能 。
优化设计技巧
总结词
提高设计性能和降低成本的技巧
总结词
随着硬件设计复杂性的增加，高层次综合和抽象化设计成为硬件描述语言发展 的重要趋势。
详细描述
高层次综合允许设计师使用高级语言描述硬件行为，然后由综合工具自动转换 为低层次的门级网表。这种抽象化设计方法减少了设计细节的复杂性，提高了 设计效率。
可重用模块与IP核复用
总结词
可重用模块和IP核复用是硬件描述语言发展的另一个重要趋势。
Quartus II
Altera公司推出的FPGA设计软件，包括综合工具和实现工具，支 持VHDL和Verilog硬件描述语言。
Vivado
Xilinx公司推出的FPGA设计软件，包括综合工具和实现工具，支持 VHDL和Verilog硬件描述语言。
布局与布线工具
Mentor Graphics的IC Station
硬件描述语言第三讲 硬件描述语言概述
（3）编译 编译器会对HDL程序进行语法检查，还会产生用于仿
真的一些内部信息。
（4）功能仿真 HDL仿真器允许定义输入并应用到设计中，不必生成
实际电路就可以观察输出，此仿真主要用于检验系统功 能设计的正确性，不涉及具体器件的硬件特性。
（5）综合
利用综合器对VHDL代码进行综合优化处理， 生成门级描述的网表文件，这是将VHDL语言描述 转化为硬件电路的关键布骤。
➢ VHDL工作小组于1981年6月成立，提出了满足电子设 计要求的能够作为工业标准的HDL。
➢ 1983年，提出语言版本和开发软件环境。
➢ 1986年IEEE标准化组织开始工作，讨论VHDL语言标 准，于1987年12月通过标准审查，并宣布实施，即 IEEE STD 1076-1987[LRM87](VHDL’87)。
（6）适配
利用适配器将综合后的网表文件针对某一具体 的目标器件进行逻辑映射操作，包括底层器件配置、 逻辑分割、逻辑优化、布局布线等。此步骤将产生 多项设计结果：①适配报告，包括芯片内部资源的 利用情况、设计的布尔方程描述情况等；②适配后 的仿真模型；③器件编程文件。
（7）时序仿真 根据适配的仿真模型，可以进行时序仿真，仿真结
采用自顶向下(Top Down)的设计方法 系统中可大量采用ASIC芯片 采用系统早期仿真:
包括行为层仿真、RTL层仿真和门级层仿真 降低了硬件电路设计难度 主要设计文件是用HDL语言编写的源程序
HDL语言的种类
从20世纪60年代开始，为了解决大规模 复杂集成电路的设计问题，许多EDA厂商和 科研机构就建立和使用着自己的电路描述语 言，如：Data I/O公司的ABEL-HDL，Altera 公司的AHDL，Microsim公司的DSL，日本开 发的SFL语言和UDL/I等，这些语言一般都是 面向特定的设计领域和层次。
经典的综述硬件描述语言
硬件描述语言[浏览次数：约491次]∙硬件描述语言HDL是一种用形式化方法描述数字电路和系统的语言。
利用这种语言，数字电路系统的设计可以从上层到下层（从抽象到具体）逐层描述自己的设计思想，用一系列分层次的模块来表示极其复杂的数字系统。
然后，利用电子设计自动化（EDA）工具，逐层进行仿真验证，再把其中需要变为实际电路的模块组合，经过自动综合工具转换到门级电路网表。
接下去，再用专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA自动布局布线工具，把网表转换为要实现的具体电路布线结构。
目录∙硬件描述语言的概述∙硬件描述语言的结构∙硬件描述语言的优点∙硬件描述语言的用途∙硬件描述语言开发流程∙硬件描述语言与原理图输入法的关系∙硬件描述语言的发展硬件描述语言的概述随着EDA技术的发展，使用硬件语言设计PLD/FPGA成为一种趋势。
目前最主要的硬件描述语言是VHDL和Verilog H DL。
VHDL发展的较早，语法严格，而Verilog HDL是在C语言的基础上发展起来的一种硬件描述语言，语法较自由。
VHDL和Verilog HDL两者相比，VHDL的书写规则比Verilog烦琐一些，但verilog 自由的语法也容易让少数初学者出错。
国外电子专业很多会在本科阶段教授VHDL,在研究生阶段教授verilog。
从国内来看，VHDL的参考书很多，便于查找资料，而Verilog HDL的参考书相对较少，这给学习Verilog HDL带来一些困难。
从EDA技术的发展上看，已出现用于CPLD/FPGA设计的硬件C语言编译软件，虽然还不成熟，应用极少，但它有可能会成为继VHDL和Verilog之后，设计大规模CPLD/FPGA的又一种手段。
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利用这种语言，数字电路系统的设计可以从上层到下层（从抽象到具体）逐层描述自己的设计思想，用一系列分层次的模块来表示极其复杂的数字系统。
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硬件描述语言[浏览次数：约491次]•硬件描述语言HDL是一种用形式化方法描述数字电路和系统的语言。
利用这种语言，数字电路系统的设计可以从上层到下层（从抽象到具体）逐层描述自己的设计思想，用一系列分层次的模块来表示极其复杂的数字系统。
然后，利用电子设计自动化（EDA）工具，逐层进行仿真验证，再把其中需要变为实际电路的模块组合，经过自动综合工具转换到门级电路网表。
接下去，再用专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA自动布局布线工具，把网表转换为要实现的具体电路布线结构。
目录•硬件描述语言的概述•硬件描述语言的结构•硬件描述语言的优点•硬件描述语言的用途•硬件描述语言开发流程•硬件描述语言与原理图输入法的关系•硬件描述语言的发展硬件描述语言的概述随着EDA技术的发展，使用硬件语言设计PLD/FPGA成为一种趋势。
目前最主要的硬件描述语言是VHDL和Verilog H DL。
VHDL发展的较早，语法严格，而Verilog HDL是在C语言的基础上发展起来的一种硬件描述语言，语法较自由。
VHDL和Verilog HDL两者相比，VHDL的书写规则比Verilog烦琐一些，但verilog 自由的语法也容易让少数初学者出错。
国外电子专业很多会在本科阶段教授VHDL,在研究生阶段教授verilog。
从国内来看，VHDL的参考书很多，便于查找资料，而Verilog HDL的参考书相对较少，这给学习Verilog HDL带来一些困难。
从EDA技术的发展上看，已出现用于CPLD/FPGA设计的硬件C语言编译软件，虽然还不成熟，应用极少，但它有可能会成为继VHDL和Verilog之后，设计大规模CPLD/FPGA的又一种手段。
硬件描述语言[浏览次数：约491次]•硬件描述语言HDL是一种用形式化方法描述数字电路和系统的语言。
利用这种语言，数字电路系统的设计可以从上层到下层（从抽象到具体）逐层描述自己的设计思想，用一系列分层次的模块来表示极其复杂的数字系统。
然后，利用电子设计自动化（EDA）工具，逐层进行仿真验证，再把其中需要变为实际电路的模块组合，经过自动综合工具转换到门级电路网表。
接下去，再用专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA自动布局布线工具，把网表转换为要实现的具体电路布线结构。
目录•硬件描述语言的概述•硬件描述语言的结构•硬件描述语言的优点•硬件描述语言的用途•硬件描述语言开发流程•硬件描述语言与原理图输入法的关系•硬件描述语言的发展硬件描述语言的概述•随着EDA技术的发展，使用硬件语言设计PLD/FPGA成为一种趋势。
目前最主要的硬件描述语言是VHDL和Verilog HDL。
VHDL发展的较早，语法严格，而Verilog HDL是在C语言的基础上发展起来的一种硬件描述语言，语法较自由。
VHDL和Verilog HDL两者相比，VHDL的书写规则比Verilog烦琐一些，但verilog自由的语法也容易让少数初学者出错。
国外电子专业很多会在本科阶段教授VHDL,在研究生阶段教授verilog。
从国内来看，VHDL的参考书很多，便于查找资料，而Verilog HDL的参考书相对较少，这给学习Verilog HDL带来一些困难。
从EDA技术的发展上看，已出现用于CPLD/FPGA 设计的硬件C语言编译软件，虽然还不成熟，应用极少，但它有可能会成为继VHDL和Verilog之后，设计大规模CPLD/FPGA的又一种手段。
硬件描述语言的结构•硬件描述语言的优点•（1）与其他的硬件描述语言相比，VHDL具有更强的行为描述能力，从而决定了他成为系统设计领域最佳的硬件描述语言。
强大的行为描述能力是避开具体的器件结构，从逻辑行为上描述和设计大规模电子系统的重要保证。
（2）VHDL丰富的仿真语句和库函数，使得在任何大系统的设计早期就能查验设计系统的功能可行性，随时可对设计进行仿真模拟。
（3）VHDL语句的行为描述能力和程序结构决定了他具有支持大规模设计的分解和已有设计的再利用功能。
符合市场需求的大规模系统高效，高速的完成必须有多人甚至多个代发组共同并行工作才能实现。
（4）对于用VHDL完成的一个确定的设计，可以利用EDA工具进行逻辑综合和优化，并自动的把VHDL描述设计转变成门级网表。
（5）VHDL对设计的描述具有相对独立性，设计者可以不懂硬件的结构，也不必管理最终设计实现的目标器件是什么，而进行独立的设计。
硬件描述语言的用途•HDL有两种用途：系统仿真和硬件实现。
如果程序只用于仿真，那么几乎所有的语法和编程方法都可以使用。
但如果我们的程序是用于硬件实现（例如：用于FPGA 设计），那么我们就必须保证程序"可综合"（程序的功能可以用硬件电路实现）。
不可综合的HDL语句在软件综合时将被忽略或者报错。
我们应当牢记一点："所有的HDL描述都可以用于仿真，但不是所有的HDL描述都能用硬件实现。
硬件描述语言开发流程•用VHDL/VerilogHD语言开发PLD/FPGA的完整流程为：1.文本编辑：用任何文本编辑器都可以进行，也可以用专用的HDL编辑环境。
通常VHDL文件保存为.vhd文件，Verilog文件保存为.v文件2.功能仿真：将文件调入HDL仿真软件进行功能仿真，检查逻辑功能是否正确（也叫前仿真，对简单的设计可以跳过这一步，只在布线完成以后，进行时序仿真）3.逻辑综合：将源文件调入逻辑综合软件进行综合，即把语言综合成最简的布尔表达式和信号的连接关系。
逻辑综合软件会生成.edf（edif）的EDA工业标准文件。
4.布局布线：将.edf文件调入PLD厂家提供的软件中进行布线，即把设计好的逻辑安放到PLD/FPGA内5.时序仿真：需要利用在布局布线中获得的精确参数，用仿真软件验证电路的时序。
（也叫后仿真）6.编程下载：确认仿真无误后，将文件下载到芯片中硬件描述语言与原理图输入法的关系•HDL和传统的原理图输入方法的关系就好比是高级语言和汇编语言的关系。
HDL的可移植性好，使用方便，但效率不如原理图；原理图输入的可控性好，效率高，比较直观，但设计大规模CPLD/FPGA时显得很烦琐，移植性差。
在真正的PLD/FPGA设计中，通常建议采用原理图和HDL结合的方法来设计，适合用原理图的地方就用原理图，适合用HDL的地方就用HDL，并没有强制的规定。
在最短的时间内，用自己最熟悉的工具设计出高效，稳定，符合设计要求的电路才是我们的最终目的。
硬件描述语言的发展硬件描述语言HDL的发展至今已有20多年的历史，并成功地应用于设计的各个阶段：建模、仿真、验证和综合等。
到20世纪80年代，已出现了上百种硬件描述语言，对设计自动化曾起到了极大的促进和推动作用。
但是，这些语言一般各自面向特定的设计领域和层次，而且众多的语言使用户无所适从。
因此，急需一种面向设计的多领域、多层次并得到普遍认同的标准硬件描述语言。
20世纪80年代后期，VHDL和Verilog HDL语言适应了这种趋势的要求，先后成为IEEE标准。
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，迅速发展，出现了很多新的硬件描述语言，像Superlog、SystemC、Cynlib C++等等。
维库电子通，电子知识，一查百通！已收录词条37611个更多>>一周热门词条排行合作交流提交缺少的词条,友情链接洽谈，网站改进意见。
在线联系：更多>>硬件描述语言相关技术资料•EDA的硬件描述语言编程实现法•电子设计自动化中的硬件描述语言•硬件描述语言•硬件描述语言HDL的现状与发展意义大二下学期我学习了VHDL，用的是QUARTUS 5.0开发平台，讲课的老师总提到并行与串行的概念，当时并不理解，只是像编软件程序一样对付过了期末考试。
现在大三下了，开了EDA的课程，主要学习Vrilog HDL。
讲课的老师蛮强的，而且也做过不少电路设计，听他讲起来，觉得有点醒悟了，也真正开始体会到了硬件描述语言与编写软件的区别。
他常说，HDL是一种描述电路的工具，当你描述的时候，你的脑海里应当有一个电路大致的形式，比较一下综合出来的电路与自己想像的有什么不同，这样才会慢慢提高。
这里提到了综合，我觉得这是硬件描述语言与纯软件语言的一个区别。
以Vrilog HDL为例，综合就是采用Vrilog HDL语言描述的寄存器传输级电路模型构造出门级网表的过程。
综合可能是个中间步骤，它生成的网表是由导线相互连接的寄存器传输级功能模块（如触发器、ALU、多路选择器）组成的。
是否可综合，也就意味着所描述的电路是否是实际可实现的。
至于所描述的电路如何综合，这取决于所用的开发平台，比如Vrilog HDL中的变量既可以是网线数据类型，也可以是寄存器数据类型的。
综合时，会把网线型变量映射成硬件中的连线，而寄存器型变量则要根据其被赋值的上下文环境来确定是映射成连线还是映射成存储原件（触发器或储存器）。
硬件描述语言HDL（Hardware Description Language）是一种用形式化的方法来描述数字电路和系统的语言。
数字电路系统的设计者利用这种语言可以从上层到下层（从抽象到具体），逐层描述自己的设计思想，用一系列分层次的模块来表示极为复杂的数字系统。
然后利用EDA工具逐层进行仿真验证，再把其中需要变成具体物理电路的模块组合经由自动综合工具转换成门级电路网表。
接下来用专用集成电路（ASIC）或现场可编程门阵列（FPGA）自动布局布线工具把网表转换成具体的电路布线结构。
硬件描述语言的发展至今已经有20多年的历史。
现在主要的语言VHDL(Very High Speed Integerated Hardware Description Language)和Verilog HDL （Verilog Hardware Description Language）适应了历史发展的趋势和要求，先后成为IEEE标准。
由我看来，语言的出现就是用语言描述替代图形化（元件拼凑）设计，把我们要实现的功能和思想用语言的形式写出来，转换成实际电路的工作就交给EDA 工具去做，从而简化了我们设计的工作，节约了开发的时间。
也可以这么说，对于硬件不是特别明白的人也不必要去了解过多的关于电路的东西就可以开始做开发，对于科研人员可能更为有用。
历史VHDL的英文全名是Very-High-Speed Integrated Circuit HardwareDescription Language,诞生于1982年。
1987年底，VHDL被IEEE和美国国防部确认为标准硬件描述语言。