第5章 硬件描述语言

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1、学习要求：了解VHDL语言的基本特性,与一般程序语言的不同之处学习VHDL的三种编程风格初步学会使用VHDL第5章硬件描述语言7/18/202115.1基于HDL的数字设计数字设计方法变迁人工画原理图与电路板图；计算机辅助画图（CAD）；使用简单HDL描述逻辑表达式，以便使用PLD器件；使用“汇编”式HDL，具有像“if-then-else”和“case”一类较复杂的语句；使用VHDL和Verilog描述与模拟复杂的数字电路或系统；使用VHDL和Verilog描述、模拟与综合复杂数字电路或系统。为什么要用

2、HDL？系统规模越来越大系统功能越来越复杂7/18/202125.1基于HDL的数字设计（续）设计流程前端步骤：在方框图层次上描述基本方法和构件块，无“电路”意味分层，画方框图：系统规划编码：系统功能描述编译：检查语法错误模拟：功能验证7/18/202135.1基于HDL的数字设计（续）设计流程后端步骤：基本方法和构件块物理实现的描述，与目标技术相关联综合：生成目标技术中（如PLD）使用的基本元素和部件的集合拟合：基本元素和部件的物理描述，包括位置、尺寸大小。定时验证：时间特性验证7/18/202145.

3、3.1程序结构电路描述实体：描述电路的外部特性，即输入与输出，以便与其它模块联系；结构：描述模块内部的结构或模块的行为；VHDL允许一个实体对应多种结构。mode（信号方向）：in—输入，out—输出，inout—输入/输出，buffer—缓冲输出7/18/202155.3.1程序结构（续）7/18/202165.3.2类型、常量和数组类型VHDL程序中的所有信号、变量和常量都必须有相关的“类型”；VHDL是一种“强类型”语言，不支持类型的自动转换。bit:a1-bitvaluerepresentinga

4、wire('0'or'1')bit_vector:anarrayofbitsstd_logic:representsadigitallogicvalue('U','X','0','1','Z',‘W',‘L',‘H',‘-')std_logic_vector:anarrayofstd_logic(bus)physical:time,voltage,etc.access:similartopointersinCfile:forreadingandwritingdiscfilesseveritylevel(严

5、格、严厉、激烈)realintegerenumerated（列举的）arrayrecord7/18/202175.3.3函数和过程函数与过程与其它高级程序语言的函数一样，VHDL函数接收一些参数，返回一个结果，每个参数和结果都有一个预定义类型。函数名形参说明返回值类型7/18/202185.3.3函数和过程（续）并发语句componentconcurrentsignalassignmentconcurrentconditionalsignalassignmentselectivesignalassignm

6、entprocessstatement互相连接的元件都在同时互相影响，并不按特定的、顺序的时间步骤进行。在VHDL结构体中，若最后的语句更新了由第一个语句使用的信号，那么模拟器将回到第一个语句，并根据刚刚改变的信号更新其结果，直到被模拟的电路稳定下来为止。设X的初值为1,则顺序语句X<=0;Y<=X将导致Y=0而Y<=X;X<=0将导致Y=1若为并发语句,则两种结果相同,且Y=0.7/18/202195.3.5结构形式的设计元素结构化电路设计方法使用组件（component）语句的VHDL结构体通常称为结

7、构描述（structuraldescription）或结构设计（structuraldesign），它定义了实现实体的信号与实体的精确互连结构。7/18/2021105.3.5结构形式的设计元素（续）7/18/2021115.3.6数据流形式的设计元素数据流式电路设计方法利用数据流及其在电路中的操作来描述一个电路，称为数据流描述（dataflowdescription）或数据流设计（dataflowdesign）。数据流描述描述了数据流的运动方向、运动路径和运动结果。可使用各种赋值语句来进行电路的数据流式

8、设计。7/18/2021125.3.7行为形式的设计元素行为式电路设计方法对系统数学模型，即输入与输出之间的数学关系的描述称为行为描述。它是一种高层次的抽象，不涉及具体的电路元件，没有电路意味。用进程（process）语句或并发语句来描述一个电路行为，可以描述电路各部分之间的复杂关系或相互作用。灵敏度列表进程要么在执行，要么被挂起。7/18/2021135.3.7行为形式的设计元素（续）7/18/2021145.3.7行为形式