EDA 第9章 VHDL結(jié)構(gòu)與要素

EDA技術(shù)實(shí)用教程第9章

VHDL結(jié)構(gòu)與要素

9.1實(shí)體

9.1.1實(shí)體語(yǔ)句結(jié)構(gòu)

9.1實(shí)體

9.1.2參數(shù)傳遞說(shuō)明語(yǔ)句

GENERIC語(yǔ)句是一種常數(shù)參數(shù)的端口界面，為所說(shuō)明的環(huán)境提供了一種靜態(tài)信息通道。

類(lèi)屬與常數(shù)不同：常數(shù)只能從設(shè)計(jì)實(shí)體的內(nèi)部得到賦值，且不能再改變；而類(lèi)屬的值可以由設(shè)計(jì)實(shí)體外部提供。因此設(shè)計(jì)者可以從外面通過(guò)類(lèi)屬參量的重新設(shè)定而容易地改變一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)體或一個(gè)元件的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)和規(guī)模。

被傳遞的參數(shù)（又稱(chēng)類(lèi)屬參量）可以由設(shè)計(jì)實(shí)體外部提供，并可以重新設(shè)定。

GENERIC([常數(shù)名:數(shù)據(jù)類(lèi)型[:設(shè)定值]{;常數(shù)名:數(shù)據(jù)類(lèi)型[:設(shè)定值]});9.1實(shí)體

9.1.2參數(shù)傳遞說(shuō)明語(yǔ)句9.1實(shí)體

9.1.2參數(shù)傳遞說(shuō)明語(yǔ)句

9.1實(shí)體

9.1.3參數(shù)傳遞映射語(yǔ)句

GENERICMAP(類(lèi)屬表)

參數(shù)傳遞映射語(yǔ)句與端口映射語(yǔ)句PORTMAP()具有相似的功能和使用方法，它描述了相應(yīng)元件類(lèi)屬參數(shù)間的連接和傳送方式。它可用于設(shè)計(jì)從外部端口改變?cè)?nèi)部參數(shù)或結(jié)構(gòu)規(guī)模的元件，又稱(chēng)類(lèi)屬元件。

9.1實(shí)體

9.1.3參數(shù)傳遞映射語(yǔ)句

9.1實(shí)體

9.1.3參數(shù)傳遞映射語(yǔ)句

9.1實(shí)體

9.1.3參數(shù)傳遞映射語(yǔ)句

9.1實(shí)體

9.1.4端口說(shuō)明語(yǔ)句9.2結(jié)構(gòu)體

對(duì)數(shù)據(jù)類(lèi)型、常數(shù)、信號(hào)、子程序和元件等元素的說(shuō)明部分

描述實(shí)體邏輯行為的、以各種不同的描述風(fēng)格表達(dá)的功能描述語(yǔ)句

以元件例化語(yǔ)句為特征的外部元件(設(shè)計(jì)實(shí)體)端口間的連接。

結(jié)構(gòu)體9.2結(jié)構(gòu)體1.結(jié)構(gòu)體的一般語(yǔ)言格式

2.結(jié)構(gòu)體說(shuō)明語(yǔ)句9.2結(jié)構(gòu)體3.功能描述語(yǔ)句結(jié)構(gòu)●進(jìn)程語(yǔ)句●信號(hào)賦值語(yǔ)句●子程序調(diào)用語(yǔ)句●元件例化語(yǔ)句9.3VHDL子程序

子程序（SUBPROGRAM）是一個(gè)VHDL程序模塊，它只能使用順序語(yǔ)句。子程序不能像進(jìn)程那樣可以從本結(jié)構(gòu)體的并行語(yǔ)句或進(jìn)程結(jié)構(gòu)中直接讀取信號(hào)或象信號(hào)賦值。子程序的使用方式只能通過(guò)子程序調(diào)用及與子程序的界面端口進(jìn)行通信。子程序可以在程序包、結(jié)構(gòu)體和進(jìn)程中定義，只有在程序包中定義過(guò)的子程序才可以被其他不同的設(shè)計(jì)調(diào)用。子程序分為兩大類(lèi)：過(guò)程（PROCEDURE）和函數(shù)（FUNCTION）。9.3子程序

9.3.1函數(shù)

函數(shù)參數(shù)的對(duì)象類(lèi)型只能包括常量和信號(hào)，默認(rèn)為常量。參數(shù)的端口模式只能是in，因此參數(shù)端口模式可以省略。函數(shù)的返回值只能有一個(gè)。9.3子程序

9.3.1函數(shù)

接下頁(yè)9.3子程序

9.3.1函數(shù)

接上頁(yè)9.3子程序

9.3.1函數(shù)

9.3子程序

9.3.1函數(shù)

9.3子程序

9.3.2重載函數(shù)VHDL允許同樣名稱(chēng)的函數(shù)可以用不同的數(shù)據(jù)類(lèi)型作為它的參數(shù)定義多次，以此定義的函數(shù)稱(chēng)為重載函數(shù)。接下頁(yè)9.3子程序

9.3.2重載函數(shù)接上頁(yè)接下頁(yè)9.3子程序

9.3.2重載函數(shù)接上頁(yè)9.3子程序

9.3.2重載函數(shù)接下頁(yè)9.3子程序

9.3.2重載函數(shù)接上頁(yè)9.3子程序

9.3.3轉(zhuǎn)換函數(shù)

9.3子程序

9.3.3轉(zhuǎn)換函數(shù)

9.3子程序

9.3.3轉(zhuǎn)換函數(shù)

9.3子程序

9.3.3轉(zhuǎn)換函數(shù)

接下頁(yè)9.3子程序

9.3.3轉(zhuǎn)換函數(shù)

接上頁(yè)9.3子程序

9.3.4決斷函數(shù)決斷函數(shù)不可綜合，主要用于VHDL仿真中解決信號(hào)被多個(gè)驅(qū)動(dòng)源驅(qū)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)間的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。當(dāng)多個(gè)驅(qū)動(dòng)源都同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)處理事項(xiàng)，只有其中一個(gè)驅(qū)動(dòng)源的信號(hào)值能賦給被驅(qū)動(dòng)的信號(hào)。決斷函數(shù)輸入一般是單一變量，多個(gè)驅(qū)動(dòng)源的信號(hào)值組成非限定數(shù)組，多個(gè)信號(hào)驅(qū)動(dòng)源，其信號(hào)值組成的未限定數(shù)組可依次類(lèi)推。決斷函數(shù)調(diào)用后返回的是單一信號(hào)值，稱(chēng)決斷信號(hào)值。9.3子程序

9.3.5過(guò)程9.3子程序

9.3.5過(guò)程信號(hào)流向方向若未指定則默認(rèn)為IN。只定義了IN模式而未定義目標(biāo)參量的數(shù)據(jù)類(lèi)型，則默認(rèn)為常量CONSTANT；只定義了OUT或INOUT模式而未定義目標(biāo)參量的數(shù)據(jù)類(lèi)型，則默認(rèn)為變量。9.3子程序

9.3.5過(guò)程9.3子程序

9.3.5過(guò)程9.3子程序

9.3.5過(guò)程9.3子程序

9.3.6重載過(guò)程

函數(shù)和過(guò)程的區(qū)別函數(shù)和過(guò)程的不同在于：函數(shù)只有一個(gè)輸出，只能通過(guò)函數(shù)體內(nèi)的RETURN語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)，函數(shù)體內(nèi)不能有信號(hào)賦值語(yǔ)句；而過(guò)程卻可以有不止一個(gè)輸出，而且是通過(guò)過(guò)程體內(nèi)的信號(hào)賦值語(yǔ)句或者變量賦值語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)的，過(guò)程體內(nèi)的RETURN語(yǔ)句沒(méi)有用處，因此不少過(guò)程都將其省略了。函數(shù)的調(diào)用只能通過(guò)表達(dá)式來(lái)實(shí)現(xiàn)，過(guò)程的調(diào)用則是通過(guò)過(guò)程調(diào)用語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)的。9.4VHDL庫(kù)9.4.1庫(kù)的種類(lèi)1.IEEE庫(kù)

std_logic_1164Numeric_BitNumeric_StdMath_RealMath_Complex2.STD庫(kù)3.WORK庫(kù)

4.VITAL庫(kù)9.4VHDL庫(kù)9.4.2庫(kù)的用法

9.5程序包

（其他設(shè)計(jì)實(shí)體共享）常數(shù)說(shuō)明

VHDL數(shù)據(jù)類(lèi)型說(shuō)明元件定義子程序定義程序包的一般語(yǔ)句結(jié)構(gòu)如下：

PACKAGE程序包名IS--程序包首

程序包首說(shuō)明部分

END程序包名;PACKAGEBODY程序包名IS--程序包體

程序包體說(shuō)明部分以及包體內(nèi)

END程序包名;9.5VHDL程序包

9.5VHDL程序包

9.5VHDL程序包

（1）STD_LOGIC_1164程序包。（2）STD_LOGIC_ARITH程序包。（3）STD_LOGIC_UNSIGNED和STD_LOGIC_SIGNED程序包。（4）STANDARD和TEXTIO程序包。9.6配置9.7VHDL文字規(guī)則9.7.1數(shù)字整數(shù)：

實(shí)數(shù)

：

9.7VHDL文字規(guī)則9.7.2字符串

“B”、“O”、“X”9.7VHDL文字規(guī)則9.7.3標(biāo)識(shí)符及其表述規(guī)則9.7VHDL文字規(guī)則9.7.4下標(biāo)名9.8數(shù)據(jù)類(lèi)型●標(biāo)量型(ScalarType)：包括實(shí)數(shù)類(lèi)型、整數(shù)類(lèi)型、枚舉類(lèi)型、時(shí)間類(lèi)型?！駨?fù)合類(lèi)型(CompositeType)：可以由小的數(shù)據(jù)類(lèi)型復(fù)合而成，如可由標(biāo)量型復(fù)合而成。復(fù)合類(lèi)型主要有數(shù)組型(Array)和記錄型(Record)?！翊嫒☆?lèi)型(AccessType)：為給定的數(shù)據(jù)類(lèi)型的數(shù)據(jù)對(duì)象提供存取方式?！裎募?lèi)型(FilesType)：用于提供多值存取類(lèi)型。9.8數(shù)據(jù)類(lèi)型9.8.1VHDL預(yù)定義數(shù)據(jù)類(lèi)型

1.布爾類(lèi)型2.位數(shù)據(jù)類(lèi)型3.位矢量類(lèi)型9.8數(shù)據(jù)類(lèi)型9.8.1VHDL預(yù)定義數(shù)據(jù)類(lèi)型

4.字符類(lèi)型

5.整數(shù)類(lèi)型

6.實(shí)數(shù)類(lèi)型－2147483647～＋21474836479.8數(shù)據(jù)類(lèi)型9.8.1VHDL預(yù)定義數(shù)據(jù)類(lèi)型

7.字符串類(lèi)型8.時(shí)間類(lèi)型9.8數(shù)據(jù)類(lèi)型9.8.1VHDL預(yù)定義數(shù)據(jù)類(lèi)型

9.文件類(lèi)型

9.8數(shù)據(jù)類(lèi)型9.8.2IEEE預(yù)定義標(biāo)準(zhǔn)邏輯位與矢量1.標(biāo)準(zhǔn)邏輯位數(shù)據(jù)類(lèi)型2.標(biāo)準(zhǔn)邏輯矢量數(shù)據(jù)類(lèi)型

9.8數(shù)據(jù)類(lèi)型9.8.3其他預(yù)定義標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類(lèi)型

1.無(wú)符號(hào)數(shù)據(jù)類(lèi)型9.8數(shù)據(jù)類(lèi)型9.8.3其他預(yù)定義標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類(lèi)型

2.有符號(hào)數(shù)據(jù)類(lèi)型

9.8數(shù)據(jù)類(lèi)型9.8.4數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換示例9.8數(shù)據(jù)類(lèi)型9.8.4數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換示例9.8數(shù)據(jù)類(lèi)型9.8.4數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換示例9.8數(shù)據(jù)類(lèi)型9.8.4數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換示例9.8數(shù)據(jù)類(lèi)型9.8.4數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換示例9.8數(shù)據(jù)類(lèi)型9.8.4數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換示例9.9VHDL操作符

9.9.1邏輯操作符

邏輯操作符(LogicalOperator)關(guān)系操作符(RelationalOperator)算術(shù)操作符(ArithmeticOperator)符號(hào)操作符(SignOperator)重載操作符(OverloadingOperator)。9.9VHDL操作符

9.9.1邏輯操作符

9.9VHDL操作符

9.9.1邏輯操作符

9.9VHDL操作符

9.9.1邏輯操作符

9.9VHDL操作符

9.9.1邏輯操作符

9.9VHDL操作符

9.9.2關(guān)系操作符“=”(等于)、“/=”(不等于)、“>”(大于)、“<”(小于)、“>=”(大于等于)和“<=”(小于等于)9.9VHDL操作符

9.9.2關(guān)系操作符9.9VHDL操作符

9.9.2關(guān)系操作符9.9VHDL操作符

9.9.3算術(shù)操作符

9.9VHDL操作符

9.9.3算術(shù)操作符

1.求和操作符9.9VHDL操作符

9.9.3算術(shù)操作符

1.求和操作符9.9VHDL操作符

9.9.3算術(shù)操作符

2.求積操作符

*(乘)、/(除)、MOD(取模)、RED(取余)3.符號(hào)操作符“+”和“－”

4.混合操作符

“**”“ABS”9.9VHDL操作符

9.9.3算術(shù)操作符

5.移位操作符SLL、SRL、SLA、SRA、ROL、ROR習(xí)題9-1說(shuō)明實(shí)體、設(shè)計(jì)實(shí)體的概念。9-2舉例說(shuō)明GENERIC說(shuō)明語(yǔ)句和GENERIC映射語(yǔ)句有何用處。9-3說(shuō)明端口模式INOUT和BUFFER有何異同點(diǎn)。9-4什么是重載？重載函數(shù)有何用處？9-5在STRING、TIME、REAL、BIT數(shù)據(jù)類(lèi)型中，VHDL綜合器支持哪些類(lèi)型？9-6詳細(xì)說(shuō)明例9-29中的語(yǔ)句作用和程序?qū)崿F(xiàn)的功能。9-7表達(dá)式C<=A+B中，A、B和C的數(shù)據(jù)類(lèi)型都是STD_LOGIC_VECTOR，是否能直接進(jìn)行加法運(yùn)算？說(shuō)明原因和解決方法。9-8VHDL中有哪三種數(shù)據(jù)對(duì)象？詳細(xì)說(shuō)明它們的功能特點(diǎn)以及使用方法，舉例說(shuō)明數(shù)據(jù)對(duì)象與數(shù)據(jù)類(lèi)型的關(guān)系。9-9能把任意一種進(jìn)制的值向一整數(shù)類(lèi)型的數(shù)據(jù)對(duì)象賦值嗎？如果能，怎樣做？習(xí)題9-10判斷下列VHDL標(biāo)識(shí)符是否合法，如果有誤則指出原因：16＃0FA＃，10＃12F＃，8＃789＃，8＃356＃，2＃0101010＃74HC245，\74HC574\，CLR/RESET，\IN4/SCLK\，D100％9-11數(shù)據(jù)類(lèi)型BIT、INTEGER和BOOLEAN分別定義在哪個(gè)庫(kù)中？哪些庫(kù)和程序包總是可見(jiàn)的？9-12函數(shù)與過(guò)程的設(shè)計(jì)與功能有什么區(qū)別？調(diào)用上有什么區(qū)別？9-13回答有關(guān)BIT和BOOLEAN數(shù)據(jù)類(lèi)型的問(wèn)題：（1）解釋BIT和BOOLEAN類(lèi)型的區(qū)別。（2）對(duì)于邏輯操作應(yīng)使用哪種類(lèi)型？（3）關(guān)系操作的結(jié)果為哪種類(lèi)型？（4）IF語(yǔ)句測(cè)試的表達(dá)式是哪種類(lèi)型？習(xí)題9-14運(yùn)算符重載函數(shù)通常要調(diào)用轉(zhuǎn)換函數(shù)，以便能夠利用已有的數(shù)據(jù)類(lèi)型。下面給出一個(gè)新的數(shù)據(jù)類(lèi)型AGE，并且下面的轉(zhuǎn)換函數(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)：functionCONV_INTEGER(ARG:AGE)returnINTEGER;仿照本章中的示例，利用此函數(shù)編寫(xiě)一個(gè)“+”運(yùn)算符重載函數(shù)，支持下面的運(yùn)算：SIGNALa，c:AGE;...c<=a+20;9-15用兩種方法設(shè)計(jì)8位比較器，比較器的輸入是兩個(gè)待比較的8位數(shù)A=[A7..A0]和B=[B7..B0]，輸出是D、E、F。當(dāng)A=B時(shí)D=1；當(dāng)A>B時(shí)E=1；當(dāng)A<B時(shí)F=1。第一種設(shè)計(jì)方案是常規(guī)的比較器設(shè)計(jì)方法，即直接利用關(guān)系操作符進(jìn)行編程設(shè)計(jì)；第二種設(shè)計(jì)方案是利用減法器來(lái)完成，通過(guò)減法運(yùn)算后的符號(hào)和結(jié)果來(lái)判別兩個(gè)被比較值的大小。對(duì)兩種設(shè)計(jì)方案的資源耗用情況進(jìn)行比較，并給以解釋。9-16利用循環(huán)語(yǔ)句和移位操作符實(shí)現(xiàn)移位相加方式的純組合電路8位乘法器設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)

9-1樂(lè)曲硬件演奏電路設(shè)計(jì)（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?）實(shí)驗(yàn)原理：

實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)

9-1樂(lè)曲硬件演奏電路設(shè)計(jì)（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?）實(shí)驗(yàn)原理：

實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)

9-1樂(lè)曲硬件演奏電路設(shè)計(jì)（3）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1：（4）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2：（5）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3：（6）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容4：（7）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容5：（8）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容6：（9）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容7：（10）實(shí)驗(yàn)報(bào)告：5E+系統(tǒng)的演示文件：/KX_7C5EE+/EXPERIMENTs/EXP4_Music/。

實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)

9-1樂(lè)曲硬件演奏電路設(shè)計(jì)（3）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1：（4）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2：（5）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3：（6）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容4：（7）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容5：（8）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容6：（9）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容7：（10）實(shí)驗(yàn)報(bào)告：5E+系統(tǒng)的演示文件：/KX_7C5EE+/EXPERIMENTs/EXP4_Music/。

實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)

9-1樂(lè)曲硬件演奏電路設(shè)計(jì)（3）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1：（4）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2：（5）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3：（6）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容4：（7）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容5：（8）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容6：（9）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容7：（10）實(shí)驗(yàn)報(bào)告：5E+系統(tǒng)的演示文件：/KX_7C5EE+/EXPERIMENTs/EXP4_Music/。

實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)

9-1樂(lè)曲硬件演奏電路設(shè)計(jì)（3）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1：（4）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2：（5）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3：（6）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容4：（7）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容5：（8）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容6：（9）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容7：（10）實(shí)驗(yàn)報(bào)告：5E+系統(tǒng)的演示文件：/KX_7C5EE+/EXPERIMENTs/EXP4_Music/。

實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)

9-2數(shù)字彩色液晶顯示控制電路設(shè)計(jì)（1）實(shí)驗(yàn)任務(wù)1：基于5E+系統(tǒng)的基本控制演示示例是：/KX_7C5EE+/EXPERIMENTs/EXP13_COLOR_LCD/（2）實(shí)驗(yàn)任務(wù)2：（3）實(shí)驗(yàn)任務(wù)3：（4）實(shí)驗(yàn)任務(wù)4：（5）實(shí)驗(yàn)任務(wù)5：（6）實(shí)驗(yàn)任務(wù)6：演示示例：/KX_7C5EE+/DEMOs/EXPL9_Super_Mario2/,和/DEMOs/EXP7_LCD_light_GAME/。實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)

9-3GPS應(yīng)用的通信電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)任務(wù)：參考GPS模塊使用文件：/KX_7C5EE+/GPS文件。常用的GPS模塊是UART通信方式。可以用兩種方式讀取GPS模塊中的數(shù)據(jù)：1、軟件方式?？梢愿鶕?jù)實(shí)驗(yàn)6-8，使用FPGA中的8051核與GPS通信，并將數(shù)據(jù)用液晶顯示出來(lái)；2、硬件方式，即不使用任何CPU?？梢愿鶕?jù)實(shí)驗(yàn)7-6的原理設(shè)計(jì)UART硬件特性模塊，讀取GPS模塊的數(shù)據(jù)，并顯示于數(shù)碼管或液晶屏上。演示示例：/KX_7C5EE+/EXPERIMENTs/EXP16_KX8051_FTEST_RS232/和/EXP17_KX8051_GPS_FTEST/。

實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)

9-3GPS應(yīng)用的通信電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)任務(wù)：演示示例：/KX_7C5EE+/EXPERIMENTs/EXP16_KX8051_FTEST_RS232/和/EXP17_KX8051_GPS_FTEST/。

9-4VGA動(dòng)畫(huà)圖像顯示控制電路設(shè)計(jì)實(shí)