EDA VHDL第三章 VHDL数据类型和运算操作符

3.3VHDL数据类型及运算操作符3.3.1数据对象3.3.2词法规则与标识符3.3.3数据类型3.3.4运算操作符主要内容VHDL四类语言要素数据对象数据类型运算操作数运算操作符对象(object):可赋予一个值的客体VHDL对象的3种基本数据类型：常量(CONSTANT)变量(VARIABLE)信号(SIGNAL)3.3.1数据对象对象的物理含义:常量：数电中电源、地等常数变量：暂存某些值的载体信号：物理设计中的某一条硬件连线，包括输入、输出端口变量：局部量，仅用于process语句、子程序（function、procedure）信号：全局量，用于entity，architecture、package常量:全局量，可用于上面两种场合对象的特点及使用场合:用在进程语句、子程序中，变量是一个局部量，其作用范围仅限在定义了变量的进程和子程序中。书写格式：VARIABLE变量名：数据类型约束条件:＝表达式；举例如下：VARIABLEresult：std_logic:＝'0'；VARIABLEx，y：integer；VARIABLEa：integerrange0to255:＝0；1.变量(variable)变量的初值可用于仿真，但综合时被忽略2.常量(constant)常量说明:对某一常量名赋予的一个固定值。格式如下：CONSTANT常数名：数据类型[:＝表达式]；例:CONSTANTwidth：integer:＝8;CONSTANTdata：bit_vector(3downto0):＝1010；CONSTANTx：new_bit:＝x；常量数据类型与表达式的数据类型一致常量的可视性（作用范围）库、程序包实体结构体1进程1结构体2进程2常量是全局量，其作用范围取决于被定义的位置电子硬件系统运行的基本特性：各部分电路工作的并行特性；信号传输过程中的延时特性；多驱动源的总线特性；时序电路中触发器的记忆特性等3.信号(signal)信号是电子系统内部硬件连接和硬件特性表示。用来描述硬件系统的基本特性电子电路内部硬件实体相互连接的抽象表示(通常在结构体、包集合和实体说明中使用)一般书写格式为：SIGNAL信号名：数据类型约束类型:＝表达式；举例如下：SIGNALa,b：BIT:＝‘0’；SIGNALcount：bit_vector(7downto0)；SIGNALinit：integer:＝-1；SIGNALcount：std_logic:=‘0’；注：1）信号初始值仿真时有用，综合被忽略2）信号是全局量，可在结构体、实体、块中说明和使用信号。3）在进程和子程序中只能使用信号，不能说明信号。进程中信号与变量的使用ENTITYexISport(.....);ENDex;ARCHITECTUREarch_exOFexISsignala,b:std_logic;beginprocess(a,b)variablec,d:std_logic;beginc:=a+b;d:=a-b;........ENDprocess;ENDarchex;信号与端口的区别:除没有方向说明外,信号与实体的端口PORT概念相似.端口是一种隐形的信号.ENTITYexamISPORT([SIGNAL]a,b:instd_logic;[SIGNAL]c:outstd_logic);ENDexam;端口是一种有方向的信号.即输出端口不能读出数据,只能写入数据;输入端口不能写入数据,只能读出数据.信号本身无方向,可读可写.3.3.2词法规则与标识符1.词法规则1)注释以--开头直到本行末尾(出现回车或换行符)的文字提高VHDL语言设计程序的可读性，1.词法规则2)数字表达方式：十进制，二进制、八进制、十六进制等为基的数①十进制整数表示法78_567(=78567)②以基表示的数格式：基数符号#数值#指数部分2#111_1011#016#F.01#E+42、基表示法格式:基数＃数字文字＃E指数如:10#170#(=170)2#1111_1110#(=254)16#E#E1(=2#1110_0000#224)或(=14*16=224)16#F.01#E+2(=(15+1/(16*16))*16*16=3841.00)关于VHDL中的数字，请找出以下数字中最大的一个：__________。2#1111_1110#8#276#10#170#16#E#E1A③实数(REAL)必须带有小数学。仅用于仿真器,综合器不支持有些数可用实数表示，也可用整数表示。例如＋99.0是实数，＋99是整数，两数具有相同的值；但两者具有不同的类型。在有关文献中，实数类型也称为浮点类型(FLOATINGTYPE)。但大多数EDA工具不支持浮点运算。④物理量文字称为物理类型(PHYSICALTYPES)。书写格式应包含整数和单位两部分。如16ns…时间类型一般用于仿真，不用逻辑综合。3)字符和字符串字符:用单引号括起来数值，字母，空格及一些特殊字符。VHDL语言对大小写英文字母不敏感，但区分字符中的大小写。‘1’，‘2’是符号‘A’，‘a’，‘B’，‘b’都认为是不同的字符如:variablecharacter_var:character;...........................character_var:='A';字符串(STRING)字符串:是字符类型的一个非限定数组由双引号括起来的字符序列。variblestring_var:string(1to7);...........string_var:=Rosebud;①文字字符串：“文字”如：“ERROR”，“ZZZZ”，“XXXX”，“X”“BOTHSANDQEAN”②数位字符串：称为位矢量，代表二进制、八进制、十六进制的数组。其位矢量的长度为等值的二进制位数。格式：基数符号“数值”其中基数符号有三种：B：二进制基数符号。O：八进制基数符号，每一个八进制数代表一个3位的二进制数。X：十六进制基数符号，每一个十六进制数代表一个4位的二进制数。如:B1011_1111,O1524)下标名及下标段名下标名:用于指示数组型变量或信号的某一元素.格式:标识符(表达式)下标段名:用于指示数组型变量或信号的某一段元素格式:标识符(表达式to/downto表达式)如:a:std_logic_vector(7downto0)a(7),a(6)......a(0)a(7downto0),a(7downto4),a(5downto3)2.标识符:定义常数、变量、信号、端口、子程序或参数的名字VHDL’87版:短标识符VHDL’93版:短标识符和扩展标识符VHDL语言有两个标准版：VHDL短标识符(基本标识符)遵守以下规则：(1)必须以英文字母打头。(2)字符可以大小写的字母、数字和下划线“_”。(3)下划线前后都必须有英文字母或数字。(4)英文字母不区分大小写(5)不能连续使用下划线“_”，最后一个符号也不能用下划线(6)不允许包含图形符号、空格符短标识符注意:EDA工具综合、仿真时，不区分大小写。对VHDL的保留字(关键字)不能做标识符：ENTITY，ARCHITECTURE，END，BUS，USE，WHEN，WAIT，IS…在程序书写时，一般要求大写或黑体，使得程序易于阅读，易于检查错误。以下标识符哪些是合法的？multi_78screens、Multi_、Multi_Screens、MULTI_SCRE_ENSillegal%name_illegalname9illegalentitydata__BUSNot-Ack上一次课的内容程序包、库和配置VHDL四类语言要素:数据对象、词法规则与标识符本次课程内容：数据类型、运算操作符傲游浏览器2.lnk扩展标识符是VHDL’93版增加的标识符书写规则：(1)用反斜杠来定界,免去了87标准基本标识符的一些限制。(2)可以数字打头,允许包含图形符号、空格符。例如：\modeA,\$100\,\p%name\等。(3)反斜杠之间的字符可以用关健字。如：\buffer\,\entity\,\end\等。(4)标识符的界定符两个斜杠之间可用数字打头。如：\100$\，\2chip\，\4screens\等。(5)允许多个下划线相连。例：\TWO_Computer_sh\等。(6)扩展标识符区分大小写。例如:\EDA\与\eda\不同。(7)扩展标识符与短标识符不同。如:\COMPUTER\与Computer不同。扩展标识符3.3.3VHDL语言数据类型VHDL语言程序是强数据类型,要求每一个常量、变量、信号、函数以及各种参数学要有明确的数据类型，并且不同的数据类型不能直接代入，相同的类型，位长不同也不能代入。EDA工具在编译会报告类型错。10种标准的预定义数据类型用户自定义数据类型按照定义的方式数据类型根据使用目的分为：用于EDA工具对电子系统进行综合的数据类型。如标量类型(SCALARTYPE)，复合类型(COMPOSITETYPE)。用于EDA工具对电子系统进行仿真的数据类型，如存取类型(ACCESSTYPE)。预定义数据类型在VHDL标准程序包STANDARD中定义的,已经包含进VHDL的源文件中,因而不必通过USE语句也可以显式使用.VHDL语言标准所定义的标准数据类型(1)整数类型(INTEGERTYPE)(2)实数类型或浮点类型(REALTYPE＆FLOATINGTYPE)(3)位类型(BITTYPE)(4)位矢量类型(BIT_VECTORTYPE)(5)布尔类型(BOOLEANTYPE)(6)字符类型(CHARACTERTYPE)(7)时间类型或物理类型(Timetype＆physicaltype)(8)错误类型(NOTE，WARNIING，ERROR，FAILURETYPE)(9)自然数、整数类型(NATURALTYPE)(10)字符串类型(TRINGTYPE)用户在做电子系统设计时，自行定义的数据类型：(1)枚举类型(ENUMERATEDTYPE)(2)数组类型(ARRAYTYPE)(3)文件类型(FILESTYPE)(4)记录类型(RECODETYPE)(5)时间类型(TIMETYPE)标准数据类型1、整数(INTEGER)包括正整数与负整数和零，硬件电路实现时,利用32位的位矢量来表示整数范围-(231-1)到(231-1)。VHDL综合器要求对具体的整数做出范围约束。否则无法综合成硬件电路.如：signals：INTEGERRANGE0TO15；信号s的取值范围是0~15,可用4位二进制数表示,因此s将被综合成由四条信号线构成的信号.2、实数(REAL)范围:－1.0E＋38到＋1.0E＋38。仅用于仿真器,综合器不支持有些数可用实数表示，也可用整数表示。例如＋99.0是实数，＋99是整数，两数具有相同的值；但两者具有不同的类型。在有关文献中，实数类型也称为浮点类型(FLOATINGTYPE)。但大多数EDA工具不支持浮点运算。3、位(BIT)位通常用来表示一位的信号值。位的值通常用单引号来括住。如：TYPEBITIS('0'，'1')；位的值‘0’，‘1’表示信号的状态；布尔量的值‘0’，‘1’表示‘假’，‘真’。用双引号括起来的一组位数据注意:注明位宽(元素个数和排列)如SIGNALa:BIT_VECTOR(7TO0)B0000_1111XFBC--B1111_1011_1100O371--B011_111_0014、位矢量(bit_vector)5、布尔量(BOOLEAN)有两种状态：false或true。只能进行关系运算。如:相等=,比较等作比较。如:BIT值转化成BOOLEAN类型BOOLEAN_var:=(bit_var='1');6、字符(CHARACTER)用单引号括起来数值，字母，空格及一些特殊字符。VHDL语言对大小写英文字母不敏感，但区分字符中的大小