EDA技术与VHDL设计 教学课件 作者 黄沛昱 第6-9章_第7章.ppt

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1、第7章程序包和子程序7.1程序包7.2子程序习题7.1程序包经常需要使用的一些设计代码可以以元件、函数或过程的形式出现，然后再放置于程序包中，编译到库中，这是代码重用的重要手段。程序包中可以包含数据类型、常量、元件、函数和过程等。程序包的语句结构如下：程序包一般由程序包首和程序包体构成，二者的程序包名必须一致。在程序包首部分进行常量、数据类型、函数、过程以及元件的声明。程序包体并不是必须的，只有当子程序在程序包首中被声明了，才需要在程序包体中进行描述。包含了程序包的常用VHDL代码结构可扩展为图7-1所示结构。图7-1VHDL代码结构示意图例

2、7-1例举了一个简单的程序包，仅包含数据类型和常量的声明，因此并不需要程序包体。例7-2例举了一个包含函数声明的程序包，所以需要程序包体。例7-3例举了一个利用VHDL语言描述的2输入与门，例7-4是将与门作为元件在程序包中声明的示例，例7-5则使用该程序包中的与门元件实现一个三输入逻辑与的电路。如果将程序包保存于当前工程同一文件夹内编译，相当于放入工作库WORK中，则通过使用语句“USEwork.my_component.all;”就可打开该程序包中的所有内容(由于WORK库是默认打开的，所以不需要“LIBRARYwork；”语句)。图7-

3、2是综合后的RTL电路结构，图7-3是仿真结果。图7-2三输入与门综合后RTL电路结构图7-3三输入与门时序仿真波形7.2子程序函数和过程统称为子程序。从结构特征上看，它们与进程十分相似，其内部都只能采用顺序描述语句，如IF语句、CASE语句、LOOP语句。但子程序内部不允许使用WAIT语句，这点与进程不同。其次，从应用的角度来看，进程只能在主代码中使用，不能被其他设计实体调用来实现代码的共享和重用；而子程序既可在主代码中使用，也可通过程序包放入库中使用。相比于前者，放入库中是使得子程序能够被其他设计调用以达到代码重用的目的的更为重要和常用的

4、手段。需要指出的是，每一次调用子程序都将在综合时产生一个硬件电路，这与软件语言的子程序有很大的不同。7.2.1函数的创建和调用函数就是一段顺序描述的代码，在VHDL中有两种函数形式，一是库中预定义的具有特殊功能的预定义函数，如数据类型转换函数、运算符重载函数等；二是用户自定义函数。使用函数需要经过两个步骤：函数的创建和函数的调用。函数的创建中应注意以下几点：(1)参数列表专指函数的输入参数，所以不需要以显式表示参数的方向。输入参数可以是常量和信号(不能使用变量)，具体描述如下：[CONSTANT]常量名：数据类型;--当参数是常量时，可省略关

5、键词CONSTANTSIGNAL信号名：数据类型;参数的个数是任意的，即可以没有、有一个或多个参数。参数的类型是可以被综合的任意一种数据类型，如布尔型、标准逻辑型、整型等，但不能指定它的取值范围(如使用整型时不能使用关键词RANGE来指定范围，使用BIT_VECTOR和STD_LOGIC_VECTOR数据类型时不能使用关键词TO和DOWNTO来指定范围)。(2)函数只有一个返回值，该返回值的数据类型由关键词RETURN后面的数据类型决定。(3)函数名可以是普通的标识符，也可以是运算符。当函数名采用运算符时，必须加双引号，这就是前面章节中提及的

6、运算符重载。运算符重载是对VHDL中现有运算符进行重新定义，以在原有基础上获得新的功能，具体讲解见7.2.2节。(4)在VHDL93标准中，结束语句“ENDFUNCTION函数名;”中的关键词FUNCTION和函数名都是可以省略的。(5)函数内不能声明信号和元件。例7-6是一个函数的创建示例。函数名是max，有a、b两个输入参数，其数据类型均为STD_LOGIC_VECTOR。a、b缺省数据类型的定义，默认为常量。返回值是数据a和b中的最大值，其数据类型也是STD_LOGIC_VECTOR。由于不能限制数据的取值范围，因此对数据类型STD_L

7、OGIC_VECTOR没有使用关键词DOWNTO或TO来约束参数的取值范围。函数的创建可以放在程序包中，也可以直接放在主代码中(如结构体并行语句部分、进程内、实体内)。如果是在程序包中定义一个函数，则函数首是必须的，它放置于程序包首内，用于声明函数；如果函数定义在主代码内，则不需要函数首。　　函数首的语句格式如下：FUNCTION函数名[参数列表]RETURN数据类型;例7-7在一个程序包my_pacakage中创建了一个函数max，功能是返回两个数据中的大值。例7-8是在主代码中调用该函数的示例，L15在结构体并行语句部分采用的是并行函数

8、调用，L16～L19在进程内部采用的是顺序函数调用。此外，数据d1、d2的长度是4，数据d3、d4的长度是8，即函数可以使用任意长度的矢量调用。　　本例还需要指出