VHDL程序基本结构

第2章VHDL硬件描述语言EDA技术图2.4VHDL程序设计基本结构库、程序包使用说明配置(CONFIGURATION)结构体(ARCHITECTURE)实体(ENTITY)PORT端口说明结构体说明GENERIC类属说明体实计设结构体功能描述2.2VHDL程序基本结构一个相对完整的VHDL程序通常包含实体(Entity)、结构体(Architecture)、配置(Configuration)、程序包(Package)和库(Library)5个部分。第2章VHDL硬件描述语言EDA技术（1）库、程序包使用说明：用于打开(调用)本设计实体将要用到的库、程序包；程序包存放各个设计模块共享的数据类型、常数和子程序等；库是专门存放预编译程序包的地方。（2）实体：用于描述所设计的系统的外部接口信号，是可视部分；（3）结构体：用于描述系统内部的结构和行为，建立输入和输出之间的关系，是不可视部分。（4）配置说明语句：主要用于以层次化的方式对特定的设计实体进行元件例化，或是为实体选定某个特定的结构体。第2章VHDL硬件描述语言EDA技术实体(ENTITY)是一个设计实体的表层设计单元，其功能是对这个设计实体与外部电路进行接口描述。它规定了设计单元的输入输出接口信号或引脚，是设计实体经封装后对外的一个通信界面。1．实体语句结构实体说明单元的常用语句结构如下：ENTITY实体名IS[GENERIC(类属表)；][PORT(端口表)；]END[ENTITY]实体名；2.2.1实体第2章VHDL硬件描述语言EDA技术实体说明单元必须以语句“ENTITY实体名IS”开始，以语句“ENDENTITY实体名；”结束。实体名是设计者自己给设计实体的命名，可作为其他设计实体对该设计实体进行调用时用。中间在方括号内的语句描述，在特定的情况下并非是必须的。例如构建一个VHDL仿真测试基准等情况中可以省去方括号中的语句。第2章VHDL硬件描述语言EDA技术2．类属(GENERIC)说明语句类属(GENERIC)参量是一种端口界面常数，常以一种说明的形式放在实体或块结构体前的说明部分。类属为所说明的环境提供了一种静态信息通道，类属的值可以由设计实体外部提供。类属说明的一般书写格式如下：GENERIC([常数名；数据类型[：设定值]{；常数名：数据类型[：设定值]})；第2章VHDL硬件描述语言EDA技术LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYAND2ISGENERIC(RISEW：TIME:=1ns；FALLW：TIME:=1ns)；PORT(A1：INSTD_LOGIC；A0：INSTD_LOGIC；Z0：OUTSTD_LOGIC)；ENDENTITYAND2；【例2.2】2输入与门的实体描述类属说明中定义参数RISEW为上沿宽度，FALLW为下沿宽度，它们分别为1ns，这两个参数用于仿真模块的设计。第2章VHDL硬件描述语言EDA技术实体端口说明的一般书写格式如下：PORT(端口名：端口模式数据类型；{端口名：端口模式数据类型})；端口名是设计者为实体的每一个对外通道(系统引脚)所取的名字，一般用几个英文字母组成；端口模式(端口方向)是指这些通道上的数据流动方式，即定义引脚是输入还是输出；数据类型是指端口上流动的数据的表达格式。3．PORT端口说明第2章VHDL硬件描述语言EDA技术图2.5端口模式符号图INOUTBUFFERINOUT端口模式端口模式说明(以设计实体为主体)IN输入，只读模式，将变量或信号信息通过该端口读入OUT输出，单向赋值模式，将信号通过该端口输出BUFFER具有读功能的输出模式，可以读或写，只能有一个驱动源INOUT双向，可以通过该端口读入或写出信息IEEE1076标准包中定义了4种常用的端口模式，各端口模式的功能及符号分别见表2.1和图2.5。表2.1端口模式说明第2章VHDL硬件描述语言EDA技术PORT(n0，n1，select：INBIT；q：OUTBIT；bus：OUTBIT_VECTOR(7DOWNTO0))；【例2.3】端口模式及数据类型定义说明：n0，n1，select是输入引脚，属于BIT型；q是输出引脚，BIT型；bus是一组8位二进制总线，属于BIT_VECTOR。第2章VHDL硬件描述语言EDA技术LIBRARYIEEE；USEIEEE.STD_LOGIC.1164.ALL；ENTITYmmISPORT(n0，n1，select：INSTD_LOGIC；Q：OUTSTD_LOGIC；Bus：OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0))；ENDENTITYmm；【例2.4】端口模式及IEEE库数据类型定义例中端口数据类型取自IEEE标准库(该库中有数据类型和函数的说明)，其中STD_LOGIC取值为“0”，“1”，“X”和“Z”。因为使用了库，所以在实体说明前要增加库说明语句。第2章VHDL硬件描述语言EDA技术2.2.2结构体结构体(ARCHITECTURE)是设计实体的一个重要部分，结构体将具体实现一个实体。结构体不能单独存在，它必须有一个界面说明，即一个实体。对于具有多个结构体的实体，必须用CONFIGURATION配置语句指明用于综合的结构体和用于仿真的结构体，即在综合后的可映射于硬件电路的设计实体中，一个实体只对应一个结构体。在电路中，如果实体代表一个器件符号，则结构体描述了这个符号的内部行为。第2章VHDL硬件描述语言EDA技术ARCHITECTURE结构体名OF实体名IS[说明语句]--内部信号，常数，数据类型，函数等的定义BEGIN[功能描述语句]END[ARCHITECTURE][结构体名]；1.结构体语句格式第2章VHDL硬件描述语言EDA技术ENTITYmuxISPORT(a0，a1：INBIT；Sel：INBIT；Sh：OUTBIT)；ENDmux；ARCHITECTUREdataflowOFmuxISBEGINsh=(a0ANDsel)OR(NOTselANDa1)；ENDdataflow；【例2.5】结构体描述第2章VHDL硬件描述语言EDA技术结构体中的说明语句是对结构体的功能描述语句中将要用到的信号(SIGNAL)、数据类型(TYPE)、常数(CONSTANT)、元件(COMPONENT)、函数(FUNCTION)和过程(PROCEDURE)等加以说明的语句。在一个结构体中说明和定义的数据类型、常数、元件、函数和过程只能用于这个结构体中，若希望其能用于其他的实体或结构体中，则需要将其作为程序包来处理。2．结构体说明语句第2章VHDL硬件描述语言EDA技术3.功能描述语句描述设计实体的具体行为，它包含两类语句：(1)并行语句：并行语句总是在进程语句(PROCESS)的外部，语句的执行与书写顺序无关，总是同时被执行。(2)顺序语句：顺序语句总是在进程语句(PROCESS)的内部，该语句是顺序执行的。一个结构体可以包含几个类型的子结构描述：BLOCK(块)描述、PROCESS(进程)描述、SUNPROGRAMS(子程序)描述。第2章VHDL硬件描述语言EDA技术块语句是由一系列并行执行语句构成的组合体，它的功能是将结构体中的并行语句组成一个或多个模块。进程语句定义顺序语句模块，用于将从外部获得的信号值，或内部的运算数据向其他的信号进行赋值。子程序调用语句用于调用一个已设计好的子程序。信号赋值语句将设计实体内的处理结果向定义的信号或界面端口进行赋值。元件例化语句对其他的设计实体作元件调用说明。第2章VHDL硬件描述语言EDA技术使用BLOCK语句描述的格式如下：[块标号:]BLOCKBEGINENDBLOCK[块标号]；1)BLOCK块语句第2章VHDL硬件描述语言EDA技术ENTITYmuxISPORT(d0，d1，sel：INBIT；q：OUTBIT)；ENDmux；ARCHITECTUREconnectOFmuxISSIGNALtmp1，tmp2，tmp3：BIT；BEGINcale：BLOCKBEGINtmp1=d0ANDsel；tmp2=d1AND(NOTsel)；tmp3=tmp1ORtmp2；q=tmp3；ENDBLOCKcale；ENDconnect；【例2.6】用块语句实现的二选一电路第2章VHDL硬件描述语言EDA技术进程描述的格式如下：[进程名]：PROCESS(信号1，信号2，…)BEGIN┇ENDPROCESS[进程名]；进程语句中总是带有信号变量（敏感变量），只有当信号变量发生变化时，进程才被启动，将进程里的语句从上到下顺序执行一遍，执行完了就回到开始的PROCESS语句。2)进程(Process)语句描述第2章VHDL硬件描述语言EDA技术ENTITYmux2ISPORT(d0，d1，sel：INBIT；q：OUTBIT)；ENDmux2；ARCHITECTUREconnectOFmux2ISBEGINcale：PROCESS(d0,d1,sel)VARIABLEtmp1，tmp2，tmp3：BIT；BEGINtmp1：=d0ANDsel；tmp2：=d1AND(NOTsel)；tmp3：=tmp1ORtmp2；q=tmp3ENDPROCESScale；ENDconnect；【例2.7】用进程语句实现的二选一电路第2章VHDL硬件描述语言EDA技术子程序就是在主程序调用它以后能将处理结果返回给主程序。在VHDL中有2种类型：过程和函数。●过程语句PROCEDURE过程名(参数1，参数2)IS[定义语句]；BEGIN[顺序处理语句]；END过程名；3)子程序语句描述第2章VHDL硬件描述语言EDA技术●函数语句FUNCTION函数名(参数1，参数2)RETURN数据类型名IS[定义语句]；BEGIN[顺序处理语句]RETURN[返回变量名]END函数名；第2章VHDL硬件描述语言EDA技术FUNCTIONmin(x，y：INTEGER)RETURNINTEGERISBEGINIFXYTHENRETURN(x)；ELSERETURN(y)；ENDIF；ENDmin；【例2.8】FUNCTION语句应用举例第2章VHDL硬件描述语言EDA技术PROCEDUREvector_to_int(q：ININTEGER；x_flag：OUTBOOLEAN；z：INSTD_LOGIC_VECTOR)ISBEGINq：=0；x_flag：=FALSE；FORiINz’RANGELOOPq：=q*2；IF(z(i)=1)THENq：=q+1；ELSEIF(z(i)/=0)THENx_flag：=TRUE；ENDIF；ENDLOOP；ENDvector_to_int；【例2.9】PROCEDURE语句应用第2章VHDL硬件描述语言EDA技术2.2.3库库是经编译后的数据的集合，它存放包定义、实体定义、构造定义和配置定义。使设计者可以共享已经编译的设计结果。VHDL中常用的库如下：IEEE库IEEE库中包含IEEE标准的程序包，包括STD_LOGIC_1164、NUMERIC_BIT、NUMERIC_STD以及其他一些程序包。其中STD_LOGIC_1164是最主要的程序包，大部分可用于可编程逻辑器件的程序包都以这个程序包为基础。第2章VHDL硬件描述语言EDA技术STD库STD库包含STANDARD和TEXTIO程序包。STANDARD程序包中定义了许多基本的数据类型、子类型和函数。TEXTIO是文件输入/输出程序包，是VHDL语言标准定义的。在VHDL的编译和综合过程中，系统都能自动调用因此不必在程序开始处打开该库及其程序包。WORK库WORK库是VHDL的现行工作库，用于存放用户设计和定义的一些单元和程序包。在使用该库时无需进行任何说明。第2章VHDL硬件描述语言EDA技术VITAL库使用VITAL可以提高门级时序仿真的精度，一般在VHDL语言程序进行仿真时使用。主要包含两个程序包：VIT