ABEL-HDL語言簡(jiǎn)明教程

1、ABEL-HDL 語言簡(jiǎn)明教程一. ABEL-HDL 簡(jiǎn)介ABEL-HDL( ABEL Hardware Description Language)語言是一種層次化的硬件描述語言， 它支持多種行為級(jí)輸入形式，其中包括邏輯方程式、狀態(tài)圖和真值表等。 ABEL 編譯器和 ispLEVER ispDesignEXPERT ISP Synario版本軟件中的 ABEL-HDL 編譯器可通過仿真對(duì) ABEL-HDL 語言設(shè)計(jì)進(jìn)行功能驗(yàn)證。此后，編譯器在 PLD 或 FPGA等可編程 IC 上實(shí)現(xiàn)此 設(shè)計(jì)。ABEL-HDL 設(shè)計(jì)還可以通過標(biāo)準(zhǔn)格式的設(shè)計(jì)傳輸文件轉(zhuǎn)移到其它設(shè)計(jì)環(huán)境中去使用。二. ABEL-H

2、DL 語法ABEL-HDL 源文件中的每一行必須符合以下語法規(guī)則：一行最多為 150 個(gè)字符長(zhǎng)。 每一行可用按回車鍵來結(jié)束；除開始、結(jié)束、標(biāo)題等語句外，多以分號(hào)“;”結(jié)束。不同的關(guān)鍵字、標(biāo)識(shí)符和數(shù)之間最少要用一個(gè)空格隔開。在同一關(guān)鍵字、數(shù)、運(yùn)算符或標(biāo)識(shí)符中不可嵌入空格和句點(diǎn)。關(guān)鍵字及特殊常量 可用大寫、小寫或大小寫字母混合方式鍵入， 關(guān)鍵字及特殊常量與大 小寫無關(guān) 。一般標(biāo)識(shí)符 也可以是大寫、小寫或大小寫字母混用，但必須注意： 一般標(biāo)識(shí)符與大小寫 有關(guān)，這點(diǎn)在編寫程序時(shí)要特別小心，極易出錯(cuò)。2.1 ABEL-HDL 基本語法1. 標(biāo)識(shí)符標(biāo)識(shí)符(用戶提供的名字和標(biāo)號(hào))用于標(biāo)識(shí)下列各項(xiàng)的名稱 ：器

3、件 (P16V8R)器件引腳及節(jié)點(diǎn) (LD,Q3,Q2,Q1,Q0,N_1)功能塊 (?A&?B&?C)集合 (Q3.Q0)輸入或輸出信號(hào) (I3,I2,I1,I0,Q3,Q2,Q1,Q0)常量 (H,L,.X.,.C.)宏 (NAND3)啞變量 (A,B,C)不管標(biāo)識(shí)符描述的是什么，其規(guī)則和限制是相同的：1) . 標(biāo)識(shí)符最長(zhǎng)為 31 個(gè)字符。2) . 標(biāo)識(shí)符必須以一個(gè)字母或下劃線開頭。3) . 除標(biāo)識(shí)符的第一個(gè)字符外，其余字符均可以是大小寫字母、數(shù)字，波浪線()和下劃線( _)。4) . 在標(biāo)識(shí)符中不得出現(xiàn)空格，可使用下劃線或大寫字母來區(qū)分一個(gè)標(biāo)識(shí)符中的各個(gè)字詞。5) . 除保留的標(biāo)識(shí)符(即

4、關(guān)鍵字和特殊常量)外，標(biāo)識(shí)符與字母大小寫有關(guān)，即大小寫字母 的含義不同。6) . 除了合法的點(diǎn)后綴(或稱為點(diǎn)擴(kuò)展名，參見“基本邏輯器件的描述” )外，在標(biāo)識(shí)符中 不能用句號(hào)。注意以下幾點(diǎn)：標(biāo)識(shí)符應(yīng)該做到“見名知意” ，如 And_In1，And_In2 ，表示二個(gè)輸入與門的二個(gè)輸入信 號(hào)。 標(biāo)識(shí)符應(yīng)簡(jiǎn)單明了，易于區(qū)分，避免使用大量相似的標(biāo)識(shí)符。 一個(gè)標(biāo)識(shí)符如用幾個(gè)單詞組成， 則各單詞之間宜用下劃線或大小寫字符來區(qū)分， 以便閱 讀。如利用標(biāo)識(shí)符 THIS_IS_A_COUNTER 比利用標(biāo)識(shí)符 THISISACOUNTER 就更容易 閱讀和理解。使用標(biāo)識(shí)符，需要特別注意： 關(guān)鍵字在編程時(shí)不得用來

5、給器件、 引腳、節(jié)點(diǎn)、數(shù)組常量、 集合、宏或信號(hào)命名。2. 特殊常量 在賦值語句、真值表和測(cè)試向量中，用戶可使用常量；也可將一常量賦給標(biāo)識(shí)符，并在 整個(gè)模塊中用此標(biāo)識(shí)符代表該常量。 常量的值可以是數(shù)值， 也可以是非數(shù)值的 特殊常量 （或 稱為專用常量，是一種特殊的標(biāo)識(shí)符） 。常用的特殊常量有：H 邏輯高電平L 邏輯低電平.C.時(shí)鐘輸入（低電平 - 高電平 - 低電平轉(zhuǎn)換）.K.時(shí)鐘輸入（高電平 - 低電平 - 高電平轉(zhuǎn)換）.U.時(shí)鐘上升沿（低電平-高電平轉(zhuǎn)換）.D.時(shí)鐘下降沿（高電平-低電平轉(zhuǎn)換）.X.任意值.Z.高阻態(tài)3.運(yùn)算符ABEL-HDL 語言的運(yùn)算符分為四種基本類型：邏輯運(yùn)算符、算術(shù)

6、運(yùn)算符、關(guān)系運(yùn)算符 及賦值運(yùn)算符， 下面對(duì)它們進(jìn)行說明：1）. 邏輯運(yùn)算符： 邏輯代數(shù)中的各種邏輯運(yùn)算如與、或、非、異或等，在 ABEL-HDL 語句中均有專門的 符號(hào)， 如下所示：運(yùn)算符定義舉例邏輯代數(shù)中的含義!非!A&與A&BAB#或A#BA+B$異或A$BAB!$同或A!$BAB2）. 算術(shù)運(yùn)算符：算術(shù)運(yùn)算符定義了表達(dá)式中各項(xiàng)之間的算術(shù)關(guān)系。移位操作運(yùn)算符也屬于此類中運(yùn)算符舉例說明-A求負(fù)數(shù)（補(bǔ)碼）-A-B減+A+B加*A*B乘/A/B無符號(hào)整除%A%B取模：無符號(hào)整除的余數(shù)AABA 右移 B 位注意：“/”是無符號(hào)的取整除法，即其商為正整數(shù)。用求模運(yùn)算符“ % ”可得到除的余數(shù)移位操作

7、執(zhí)行無符號(hào)的邏輯移位；在右移過程中零由左邊移入，而在左移過程中零由右邊移入。3). 關(guān)系運(yùn)算符： 比較一個(gè)表達(dá)式的兩個(gè)項(xiàng)。用關(guān)系運(yùn)算符形成的表達(dá)式產(chǎn)生一個(gè)布爾真(True)或偽( False)值。運(yùn)算符說明=(兩連寫等號(hào))等于!=不等于小于大于=大于等于所有的關(guān)系運(yùn)算符都是無符號(hào)的。 在使用關(guān)系運(yùn)算符時(shí)，一般總是使用括號(hào)“ ( )”，以 保證表達(dá)式的運(yùn)算按希望的順序進(jìn)行。4). 賦值運(yùn)算符：賦值運(yùn)算符一般在 EQUATIONS 語句段的方程式中使用，而不在表達(dá)式中出現(xiàn)。 組合型賦值(立即賦值)無延時(shí)地進(jìn)行賦值，只要方程式算完就賦值； 寄存器型賦值(時(shí)鐘賦值)則在與該輸出相關(guān)的時(shí)鐘信號(hào)的下一個(gè)時(shí)

8、鐘脈沖有效邊沿 到來時(shí)進(jìn)行賦值。運(yùn)算符說明=組合型賦值:=寄存器型賦值注意：在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)第 2 章的 RTL 語言中，用“ ”表示時(shí)鐘賦值，而用“ :=” 表示立即賦值或定義命名變量。4. 表達(dá)式和方程式 表達(dá)式是標(biāo)識(shí)符和運(yùn)算符的結(jié)合， 除賦值運(yùn)算符不能在表達(dá)式中使用之外， 其它運(yùn)算符 包括邏輯運(yùn)算符、算術(shù)運(yùn)算符、關(guān)系運(yùn)算符都可以用于表達(dá)式中。邏輯方程式 Equations 也稱為布爾方程，表示輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間的邏輯關(guān)系。所 有運(yùn)算符(包括賦值運(yùn)算符在內(nèi))都可以用于方程式中。5. 塊 (block)塊是包括在花括號(hào)“ ”中的一段文本。塊常用于方程式、狀態(tài)圖、宏和命令中。一 個(gè)塊中的文本

9、可以是一行或多行。例如：不用塊的表達(dá)式：WHEN (Mode=S_Data) THEN Out_data:=S_in;ELSE WHEN (Mode=T_Data) THEN Out_data:=T_in;WHEN (Mode=S_Data) THEN S_Valid:=1;ELSE WHEN (Mode=T_Data) THEN T_Valid:=1;用塊的表達(dá)式，以上語句可被簡(jiǎn)化：WHEN (Mode=S_Data) THEN Out_data:=S_in; S_Valid:=1;ELSE WHEN (Mode=T_Data) THEN Out_Data:=T_in; T_Valid:=1

10、;6. 集合 (set)集合是信號(hào)及常量的匯集。 集合簡(jiǎn)化了 ABEL-HDL 語言的邏輯描述和測(cè)試向量， 它允 許把一組信號(hào)用一個(gè)名字來引用。由逗號(hào)或 范圍運(yùn)算符“ .”分開的常量及信號(hào)清單，再用 方括號(hào)將其括起來，即可表示一個(gè)集合。例如： MultiOut 及 Select 集合定義為：MultiOut=B0,B1,B2,B3,B4,B5,B6,B7; Select=S2,S1,S0;以上集合也可用“ .”來表示：MultiOut=B0.B7; Select=S2.S0;用“ .”來定界范圍的標(biāo)識(shí)符必須有兼容（形式相似）的名字，它們必須以相同的字母 開頭，以數(shù)字結(jié)束，例如上面的 B0、B1

11、、B2 等。注意：集合所支持的運(yùn)算符有限， 它支持大多數(shù)邏輯運(yùn)算符、 關(guān)系運(yùn)算符和賦值運(yùn)算符， 但僅支持算術(shù)運(yùn)算符中的加“ +”、減“ ”、取負(fù)（取補(bǔ)碼）“ ”。7. 字符和數(shù)ABEL-HDL 語言的字符由 ASCII 字符組成，可以使用大小寫字母及 101 鍵盤使用的大 部分字符：az小寫字母AZ 大寫字母09 數(shù)字空格符 制表符 ! # $ ? + & * （ ） - _ = + ; : | , . / % 總共有 96 個(gè)。字符可用于標(biāo)識(shí)符、字符串和注釋。8. 注釋注釋是使源文件易懂的另一種方法。用戶可用如下方式進(jìn)行注釋：1）. 用一雙引號(hào)“ ”開始，以另一雙引號(hào)或行結(jié)束來結(jié)束。2）.

12、用一雙斜杠“ /”開始，以一行結(jié)束來結(jié)束。 語言處理程序?qū)﹄p引號(hào)中的內(nèi)容不進(jìn)行處理。注釋不可嵌于關(guān)鍵字中。注意：在單引號(hào)“ ”內(nèi)的信息是所需的字符串，它是語句的一部分，而不是注釋 。如： IC4 device P16V8R;語句中的 P16V8R是語句的一部分，不是注釋。9. 基本邏輯器件的描述基本邏輯器件有門和觸發(fā)器 （在 ABEL-HDL 語言中，觸發(fā)器統(tǒng)稱為寄存器） 。 門電路可直接用邏輯表達(dá)式表示，如： Out1=A&B&!C; 語句表示一個(gè)與門。 寄存器需要時(shí)鐘方程、輸出方程、復(fù)位方程等一組方程才能完整地描述。為了簡(jiǎn)潔，通 常對(duì)一個(gè)寄存器只定義一個(gè)標(biāo)識(shí)符，而對(duì)于寄存器的時(shí)鐘信號(hào)、復(fù)位

13、信號(hào)等則在該寄存器 標(biāo)識(shí)符后面加點(diǎn)后綴來表示。 下表給出了 ABEL-HDL 常用的點(diǎn)后綴：點(diǎn)后綴含義點(diǎn)后綴含義.AP異步寄存器置位.AR異步寄存器復(fù)位.CLK邊沿觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入.DD 觸發(fā)器的激勵(lì)輸入.FB寄存器反饋.JJK 觸發(fā)器的 J 激勵(lì)輸入.KJK觸發(fā)器的 K 激勵(lì)輸入.LD寄存器并行置數(shù)輸入.OE輸出使能.LE寄存器的鎖存使能輸入.SP同步寄存器置位.SR同步寄存器復(fù)位在編程時(shí)，以上點(diǎn)后綴的方程要根據(jù)具體電路選用，沒必要全用例如，下圖給出了一種典型的 D 觸發(fā)器的各個(gè)點(diǎn)后綴描述：.OE.SP (.AP).D.CLK.SR (.AR).Q.PINISTYPE reg_d與上圖相對(duì)應(yīng)

14、的 D 觸發(fā)器的一段 ABEL-HDL 基本功能描述語句如下： d_d,cp,clear,preset PIN;/d_d 為 D 輸入端信號(hào)， cp 為觸發(fā)時(shí)鐘信號(hào)， clear 為清零信號(hào)， preset 為預(yù)置信號(hào)q_d PIN ISTYPE reg_d;/q_d 為 Q輸出端信號(hào)，亦可寫為 ISTYPE reg (參見 2.2小節(jié)中的 ISTYPE 屬性定義語句)EQUATIONSq_d.CLK=cp; /以該 D 觸發(fā)器的 Q 輸出端信號(hào) q_d 作為觸發(fā)器標(biāo)識(shí)符q_d.AR=clear; / 指定 clear 為異步清零信號(hào)q_d.AP=preset; /指定 preset 為異步預(yù)

15、置信號(hào)q_d:=d_d; /指定該 D 觸發(fā)器的邏輯功能，在 cp 上升沿時(shí)輸入端 d_d 置到輸出端 q_d10. 變量及變量代換變量的結(jié)構(gòu)能用于宏、模塊及命令中。 ABEL-HDL 語言支持兩種變量，定義如下： 啞變量(相當(dāng)于“啞元” 、“形參”)：宏、模塊或指示字中可被真實(shí)變量替代的標(biāo)識(shí)符。 真實(shí)變量(相當(dāng)于“實(shí)參” )：用于宏、模塊或指示字中的變量，真實(shí)變量可以替代啞變 量。一個(gè)真實(shí)變量可以是標(biāo)識(shí)符、數(shù)字、字符串、運(yùn)算符、集合或 ABEL-HDL 語言的 其它元素?？稍诤暾f明中規(guī)定啞變量，也可在宏、模塊或命令的體中規(guī)定啞變量 (參見 2.2 小節(jié)ABEL-HDL 源文件基本結(jié)構(gòu)中的 M

16、ACRO 宏定義語句)。例如：OR_EM MACRO (a,b,c) ?a#?b#?c;定義了一個(gè)名為 OR_EM 的宏，它是三個(gè)變量的邏輯或，這些變量在宏定義中用啞變量a、b、c 來表示；在大括號(hào)內(nèi)的宏定義體中，啞變量前帶上問號(hào)“ ?”構(gòu)成一個(gè)整體，表示需要 用真實(shí)變量來代替這個(gè)整體。例如：D=OR_EM(X,Y ,Z&L);就表示用真實(shí)變量 X、Y 和Z&L 來調(diào)用 OR_EM 宏，結(jié)果為 D=X#Y#Z&L 。 真實(shí)變量必須嚴(yán)格按其本身形式替代，其中的空格也不能忽略。 啞變量與真實(shí)變量的關(guān)系總結(jié)如下：1) . 啞變量的位置是保留給真實(shí)變量的。2) . 前面帶問號(hào)的啞變量需用真實(shí)變量替代。

17、3) . 變量替代在檢查源文件前完成。4) . 真實(shí)變量中空格有意義。2.2 ABEL-HDL 源文件基本結(jié)構(gòu)一個(gè)完整的 ABEL-HDL 源文件由若干文件段組成，一般分為標(biāo)題段、定義段、邏輯描 述段、測(cè)試向量段和結(jié)束段。1. 標(biāo)題段1）. 模塊語句： MODULE 格式為： MODULE 模塊名此語句是必須的。它是一個(gè)模塊的頭，最后還必須有一個(gè) End 語句與之相配合。模塊 名是用戶自定義的模塊名稱標(biāo)識(shí)符。 模塊語句相當(dāng)于原理圖文件中的元件符號(hào)。2）. 標(biāo)題語句： TITLE 格式為： TITLE 此語句為可選，主要說明模塊的內(nèi)容、用途、作者、設(shè)計(jì)時(shí)間和地點(diǎn)等，單引號(hào)中為說 明的內(nèi)容。在編譯

18、時(shí)不處理此語句。2. 定義段該段規(guī)定設(shè)計(jì)中使用的信號(hào)名稱及其屬性， 定義常量、 宏等，說明底層模塊和電原理圖 的設(shè)計(jì)邏輯，以及說明一個(gè)器件。每個(gè)模塊至少有一個(gè)定義段，定義段一般在標(biāo)題段后面。 1）. DEVICE 器件定義語句 格式為：器件標(biāo)識(shí)符 DEVICE 實(shí)際器件 ; 其中，實(shí)際器件為所代表的實(shí)際器件的工業(yè)型號(hào)，用字符串表示。 在 ispLEVER ispDesignEXPERTISP Synario軟件中所使用的實(shí)際器件是在器件列表框中選擇的， 故器件 定義語句可以省略。2）. PIN 管腳定義語句 格式為： !信號(hào)名,!信號(hào)名 PIN 管腳號(hào),管腳號(hào) ISTYPE 屬性,屬性;各信號(hào)

19、是能與模塊外部有輸入輸出關(guān)系的信號(hào)。信號(hào)缺省為高電平有效，前面加“ ! ” 表示該信號(hào)為低電平有效， 各信號(hào)名與具體 ISP 器件管腳號(hào)對(duì)應(yīng)。 如果不希望預(yù)先設(shè)定 （鎖 定）信號(hào)的管腳位置，則關(guān)鍵字 PIN 后面的管腳號(hào)可以不寫。 例如： CLK,I3,I2,I1,I0 PIN 11,28,27,26,25;3）. NODE 節(jié)點(diǎn)定義語句 格式為： !節(jié)點(diǎn)名,!節(jié)點(diǎn)名 NODE 節(jié)點(diǎn)號(hào),節(jié)點(diǎn)號(hào) ISTYPE 屬性,屬性;節(jié)點(diǎn)定義語句與管腳定義語句結(jié)構(gòu)類似。 節(jié)點(diǎn)定義用于說明模塊中代表實(shí)際器件內(nèi)部節(jié) 點(diǎn)的標(biāo)識(shí)符，或稱為“偽管腳” ，它表示外部管腳上不能得到的內(nèi)部（局部）信號(hào)，但它對(duì) 形成中間信號(hào)

20、很有用。4）. ISTYPE 屬性定義語句 屬性定義語句用于對(duì)其管腳及節(jié)點(diǎn)具有可編程特性的器件進(jìn)行管腳及節(jié)點(diǎn)的屬性定義， 一般跟 PIN 或 NODE 語句連用。 下表是在 ISTYPE 標(biāo)題下的屬性（用單引號(hào)括起） ：pos正極性neg負(fù)極性com（缺省值）組合型（該信號(hào)與時(shí)鐘無關(guān)）reg寄存器型（該信號(hào)與時(shí)鐘同步）reg dD 型寄存器reg jkJK 型寄存器reg srRS 型寄存器reg tT 型寄存器reg l鎖存器（電平觸發(fā)）5）. 常量定義語句 格式為： 常量名,常量名=表達(dá)式,表達(dá)式;常量是模塊中保持常數(shù)值的標(biāo)識(shí)符，它用“ =”符號(hào)來規(guī)定。常量定義語句必須在定義 段中或者在

21、CONST 命令之后。6）. MACRO 宏定義語句格式為：宏名 MACRO （啞變量,啞變量） block; 宏說明語句定義一個(gè)宏。使用宏可將函數(shù)名包含于源文件中，而無需重復(fù)這段代碼。 例如：NAND3 MACRO （A,B,C） !（?A&?B&?C）; 就定義了一個(gè)宏。如果引用該宏： D=NAND3（Clock,Hello,Busy）;則得到的實(shí)際結(jié)果相當(dāng)于： D=!（Clock&Hello&Busy）;3. 邏輯描述段 完成了以上的定義后，用戶可用一個(gè)或多個(gè)以下的表達(dá)方式來描述邏輯功能。1）. EQUATIONS 方程語句 格式為： EQUATIONS方程語句表示一組布爾方程的開始。方

22、程用布爾函數(shù)來描述邏輯功能。 如下面的方程語句描述了 2線-4 線譯碼電路：EQUATIONSY0=!A2&!A1;Y1=!A2&A1;Y2=A2&!A1;Y3=A2&A1;2）. TRUTH_TABLE 真值表語句格式為：TRUTH_TABLE （輸入向量標(biāo)識(shí)符 -輸出向量標(biāo)識(shí)符 ）輸入向量 - 輸出向量 ;或者：TRUTH_TABLE （輸入向量標(biāo)識(shí)符 :輸出向量標(biāo)識(shí)符 ）輸入向量 : 輸出向量 ;或者：TRUTH_TABLE （輸入向量標(biāo)識(shí)符 :寄存器向量標(biāo)識(shí)符 -輸出向量標(biāo)識(shí)符 ） 輸入向量 : 寄存器向量 -輸出向量 ;其中， “-”表示輸入與輸出（左與右的信號(hào)向量）關(guān)系為組合型 （與時(shí)鐘無關(guān)，即左變化則右立即變化） ； “:”表示輸入與輸出（左與右的信號(hào)向量）關(guān)系為寄存器型 （同步時(shí)序型， 即左變化而右不立即變化， 要等到下一時(shí)鐘有效邊沿時(shí)右才發(fā)生相應(yīng)變化） 如下面的真值表語句描述了一個(gè)組合邏輯電路 4線-2 線編碼器：TRUTH_TABLE （I3,I2,I1,I0-O1,O0）0,0,0,1-0,0;0,0,1,0-0,1;0,1,0,0-1,0;1,0,0,0-1,1;3）. STATE_DIAGRAM 狀態(tài)圖語句 格式為：