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1、幻灯片1第三章VHDL编程基础3.1概述3.2VHDL程序基本结构3.3VHDL语言要素3.4VHDL顺序语句3.5VHDL并行语句3.6子程序(SUBPROGRAM)3.7库、程序包及其他3.8VHDL描述风格3.9基本逻辑电路设计3.10状态机的VHDL设计幻灯片2第三章VHDL编程基础3.1概述3.1.1硬件描述语言起源目前,电子系统正向着集成化、大规模和高速度的方向发展,所需要的集成电路的规模越来越大,复杂程度也越来越高。对于如此大规模和复杂电路的设计问题,传统的门级描述方法显得过于琐碎,因而难以理解和管理,这
2、就迫使人们寻求更高抽象层次的描述方法和采用高层次的、自顶向下的设计方法。逻辑图和布尔方程虽然可用来描述硬件且抽象程度高于门级描述方法,但对于复杂的电路,这种描述仍显得过于繁琐而不便于使用;在高于逻辑级的抽象层次上,这种方法很难以简练的方式提供精确的描述,在自顶向下的设计方法中不能再把它当作主要的描述手段。幻灯片3第三章VHDL编程基础3.1概述硬件描述语言(HardwareDescriptionLanguage,HDL)就是顺应人们的这一需要而产生和发展起来的,它是一种能够以形式化方式描述电路的结构和行为并用于模拟和综
3、合的高级描述方法。HDL具有类似于高级程序设计语言的抽象能力,有些HDL本身就是从已有的程序设计语言（如C）发展而来,但其主要目的是用来编写设计文件并建立硬件电路（器件）的逻辑模型。硬件系统的基本性质和硬件设计的方法决定了HDL的主要特性。幻灯片4第三章VHDL编程基础3.1概述HDL的语法和语义定义都是为描述硬件的行为服务,它应当能自然地描述硬件中并行的、非递归的特性以及时间关系。一般认为,HDL应当具有以下能力：①能在希望的抽象层次上进行精确而简练的描述。②易于产生用户手册、服务手册等文件,以便多人配合工作。③在不
4、同层次上都易于形成用于模拟和验证的设计描述。④在自动设计系统中(例如高层次综合、硅编译器等)可作为设计输入。⑤可以进行硬、软件的联合设计,消除硬、软件开发时间上的间隔。⑥易于修改设计和把相应的修改纳入设计文件中。⑦在希望的抽象层次上可以建立设计者与用户的通信界面。幻灯片5第三章VHDL编程基础3.1概述从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硬件描述语言。20世纪80年代初美国国防部为其超高速集成电路计划(VHSIC)提出了硬件描述语言VHDL(VH
5、SICHardwareDescriptionLanguage),作为该计划的标准HDL格式。在使用中,VHDL很好地体现了标准化的威力,因而逐步得到推广。1987年12月,IEEE（电气和电子工程师协会）正式接受VHDL作为国际标准,编号为IEEEStdl076—1987,即VHDL’87。1993年,对VHDL又作了若干修改,增加了一些功能,新的标准版本记作IEEEStdl076—1993,即VHDL’93。严格地说,VHDL’93和VHDL’87并不完全兼容,新标准增加了一些保留字并删去了某些属性。但是,对VHDL
6、’87的源码只需作少许简单的修改就可成为合法的VHDL’93代码。幻灯片6第三章VHDL编程基础3.1概述3.1.2VHDL的优点①VHDL具有强大的功能,覆盖面广,描述能力强,可用于从门级、电路级直至系统级的描述、仿真和综合。VHDL支持层次化设计,可以在VHDL的环境下,完成从简练的设计原始描述,经过层层细化求精,最终获得可直接付诸生产的电路级或版图参数描述的全过程。②VHDL有良好的可读性。它可以被计算机接受,也容易被读者理解。用VHDL书写的源文件,既是程序又是文档,既是技术人员之间交换信息的文件,又可作为合同
7、签约者之间的文件。幻灯片7第三章VHDL编程基础3.1概述③VHDL有良好的可移植性。作为一种已被IEEE承认的工业标准,VHDL事实上已成为通用的硬件描述语言,可以在不同的设计环境和系统平台中使用。④使用VHDL可以延长设计的生命周期。因为VHDL的硬件描述与工艺技术无关,不会因工艺变化而使描述过时。与工艺技术有关的参数可通过VHDL提供的属性加以描述,工艺改变时,只需修改相应程序中的属性参数即可。⑤VHDL支持对大规模设计的分解和已有设计的再利用。VHDL可以描述复杂的电路系统,支持对大规模设计进行分解,由多人、多
8、项目组来共同承担和完成。标准化的规则和风格,为设计的再利用提供了有力的支持。幻灯片8第三章VHDL编程基础3.1概述另一种已于1995年正式成为国际标准的HDL是VerilogHDL，编号为VerilogHDL1364-1995。其特点是编程风格与C语言相似,因而比较容易掌握。它推出的时间比VHDL早，系统抽象能力稍逊于VHDL，
