VHDL语言的主要描述语句
VHDL语言的主要描述语句
按照语句的执行顺序对VHDL语言进行分类，包含两类语句：
并行描述语句该语句的执行与书写顺序无关，总是同时被执行
顺序描述语句从仿真的角度，该语句是顺序执行的
进程语句（PROCESS）是最典型的并行语句，一个构造体内可以有几个进程语句同时存在，而且并发执行。但是进程内部的所有语句都是顺序语句。
一、顺序描述语句
顺序描述语句只能用在进程和子程序中,它和其他高级语言一样,其语句是按照语句的出现的顺序加以执行的。如下分别介绍有关的顺序描述语句.
1.WAIT语句
进程在执行过程中总是处于两种状态:执行或挂起,进程的状态变化受等待语句的控制,当进程执行到等待语句,就被挂起,并等待再次执行进程.
等待语句的格式:
＊WAIT 无限等待
＊WAIT ON 敏感信号变化
＊WAIT UNTIL 条件满足
＊WAIT FOR 时间到
（1）WAIT ON
格式：WAIT ON 信号[,信号]
例5-1
PROCESS(a,b)
BEGIN
y<=a AND b;
END PROCESS;
该例中的进程与下例中进程相同:
例5-1
PROCESS
BEGIN
y<=a AND b;
WAIT ON a,b;
END PROCESS;
例5-2
PROCESS(a,b)
BEGIN
y<=a AND b;
WAIT ON a,b;
END PROCESS;
（2）WAIT UNTIL 直到条件满足
格式: WAIT UNTIL 布尔表达式
当进程执行到该语句时,被挂起;若布尔表达式为真时,进程将被启动.例: WAIT UNTIL ((x*10)<100)
（3）WAIT FOR等到时间到
格式: WAIT FOR 时间表达式
当进程执行到该语句时,被挂起;等待一定的时间后,进程将被启动.例: WAIT FOR 20 ns；
WAIT FOR （a*（b+c）；
（4）多条件WAIT 语句
例: WAIT ON nmi,interrupt UNTIL ((nmi=TRUE) OR (interrupt=TRUE)) FOR 5 us 该等待有三个条件:
第一,信号nmi和interrupt 任何一个有一次刷新动作
第二, 信号nmi和interrupt 任何一个为真
第三, 已等待5 us
只要一个以上的条件被满足,进程就被启动.
*注意：多条件等待时，表达式的值至少应包含一个信号量的值。
(5) 超时等待
例5－3
例5－4
2.断言语句(ASSERT)
（主要用于仿真、调试）
格式: ASSERT 条件[REPORT 输出信息][SEVERITY 级别]
执行到断言语句时,判断条件,若条件满足就继续执行,否则输出文字串和错误级别信息.例: ASSERT (tiaojian=’1’)
REPORT “some thing wrong”
SEVERITY ERROR；
3.信号代入语句
格式: 目的信号量<=信号量表达式
例: a<=b;（注意区别小于等于）
4.变量赋值语句
格式: 目的变量:=表达式
例: c:=a+d
5.IF 语句
三种书写格式：
1) IF的门闩控制
格式：IF 条件THEN
顺序执行语句；
END IF；
例5－5
IF (a=’1’) THEN
c<=b;
END IF;
例5－6
2)IF 语句的二选择控制
格式：IF 条件THEN
顺序执行语句；
ELSE
顺序执行语句；
END IF；
例5－7
ARCHITECTURE rt1 OF mux2 IS
BEGIN
PROCESS(a,b,sel)
BEGIN
IF(sel=’1’) THEN
c<=a;
ELSE
c<=b;
END IF;
END PROCESS;
END rt1;
3）IF 语句的多选择控制
格式：IF 条件THEN
顺序执行语句
ELSIF 条件THEN
顺序执行语句
：
：
ELSIF 条件THEN
顺序执行语句
ELSIF 条件THEN
顺序执行语句
END IF；
例如：5－8
LIBRARY IEEE;
USE ENTITY mux4 IS
PORT(input :IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
sel: IN STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);
q: OUT STD_LOGIC);
END mux4;
ARCHITECTURE rt1 OF mux4 IS
BEGIN
nn: PROCESS(input,sel)
BEGIN
IF (sel='00') THEN
q<=input(0);
ELSIF (sel='01') THEN
q<=input(1);
ELSIF (sel='10') THEN
q<=input(2);
ELSE
q<=input(3);
ENDIF;
END PROCESS nn;
END rt1;
注意：条件判断输出是布尔量。
6.CASE 语句
常用来描述总线、编码和译码的行为。
格式:
CASE 表达式IS
WHEN 条件表达式=>顺序处理语句
END CASE;
其中WHEN的条件表达式可以有4种形式:
WHEN 值=>顺序处理语句
WHEN 值|值|值|…|值=>顺序处理语句
WHEN 值TO 值=>顺序处理语句
WHEN OTHERS=>顺序处理语句
例:5-9
LIBRARY IEEE;
USE ENTITY mux43 IS
PORT(a,b,i0,i1,i2,i3 :IN STD_LOGIC;
q : OUT STD_LOGIC); END mux43;
ARCHITECTURE mux4_behave OF mux43 IS
SIGNAL sel: INTEGER RANGE 0 TO 3;
BEGIN
nn: PROCESS(a,b,i0,i1,i2,i3)
BEGIN
sel<=0;
IF (a='1') THEN
sel<=sel+1;
END IF;
IF (b='1') THEN
END IF;
CASE sel IS
WHEN 0 =>q<=i0;
WHEN 1 =>q<=i1;
WHEN 2 =>q<=i2;
WHEN 3 =>q<=i3;
END CASE;
END PROCESS nn;
END mux4_behave;
例5-10 3-8译码器
LIBRARY ieee;
USE decoder38 is
port(a,b,c,g1,g2a,g2b: in std_logic;
y: out std_logic_vector(7 downto 0)); end decoder38;
architecture behave38 OF decoder38 is signal indata: std_logic_vector(2 downto 0); begin
indata<=c&b&a;
process(indata,g1,g2a,g2b)
begin
if(g1='1' and g2a='0' and g2b='0') then
when "000"=>y<="11111110";
when "001"=>y<="11111101";
when "010"=>y<="11111011";
when "011"=>y<="11110111";
when "100"=>y<="11101111";
when "101"=>y<="11011111";
when "110"=>y<="10111111";
when "111"=>y<="01111111";
when others=>y<="XXXXXXXX";
end case;
else
y<="11111111";
end if;
end process;
end behave38;
例5-11
LIBRARY ieee;
USE encoder is
port(input: in std_logic_vector(7 downto 0);
y: out std_logic_vector(2 downto 0)); end encoder;
architecture behave OF encoder is
begin
process(input)
begin
case input is
when”01111111” => y <= “111”;
when”10111111” => y <= “110”;
when”11011111” => y <= “101”;
when”11101111” => y <= “100”;
when”11110111” => y <= “011”;
when”11111011” => y <= “010”;
when”11111101” => y <= “001”;
when”11111110” => y <= “000”;
when others => y <= “xxx”;
end case;
end process;
end behave;
表5-1 优先级编码器的真值表
例5－12
LIBRARY ieee;
USE prior is
port( input: in std_logic_vector(7 downto 0);
y: out std_logic_vector(2 downto 0)); end prior;
architecture be_prior OF prior is
begin
process(input)
begin
if(input(0)='0') then
y<="111";
elsif (input(1)='0') then
y<="110";
elsif (input(2)='0') then
y<="101";
elsif (input(3)='0') then
y<="100";
elsif (input(4)='0') then
y<="011";
elsif (input(5)='0') then
y<="010";
elsif (input(6)='0') then
y<="001";
else
y<="000";
end if;
end process;
end be_prior;
7. LOOP语句
格式一：
［标号］: FOR循环变量IN离散范围LOOP
顺序处理语句；
END LOOP [标号];
例: ASUM: FOR i IN 1 TO 9 LOOP
sum=1+sum;
END LOOP ASUM;
例5－13：８位奇偶校验电路
LIBRARY IEEE;
USE ENTITY pc IS
PORT(a : IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);
y : OUT STD_LOGIC);
END pc;
ARCHITECTURE behave OF pc IS
BEGIN
cbc: PROCESS(a)
VARIABLE tmp: STD_LOGIC;
BEGIN
tmp:='0';
FOR i IN 0 TO 7 LOOP
tmp:=tmp XOR a(i);
END LOOP;
y<=tmp;
END PROCESS cbc;
END behave;
格式二：
［标号］: WHILE 条件LOOP
顺序处理语句；
END LOOP [标号];
在该语句中,如果条件为真,则进行循环,否则结束循环.例:
I:=1；
sum:=0
abcd: WHILE (I<10) LOOP
sum:=I+sum;
I:=I+1;
END LOOP abcd;
例5－14：
LIBRARY IEEE;
USE ENTITY pc IS
PORT(a : IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);
y : OUT STD_LOGIC);
END pc;
ARCHITECTURE behave OF pc IS
BEGIN
cbc: PROCESS(a)
VARIABLE tmp: STD_LOGIC;
BEGIN
tmp:='0';
i:=0;
WHILE (i<8) LOOP
tmp:=tmp XOR a(i);
i=i+1;
END LOOP;
y<=tmp;
END PROCESS cbc;
END behave;
8. NEXT语句
在LOOP语句中用NEXT语句跳出循环.
格式: NEXT [标号][WHEN 条件]; NEXT语句用于控制内循环的结束.例5－15:
PROCESS (a,b)
CONSTANT max_limit: INTEGER:=255 BEGIN
FOR I IN 0 TO max_limit LOOP
IF (done(I)=TRUE) THEN
NEXT;
ELSE done(I):=TRUE;
END IF;
q(I)<=a(I) AND b(I);
END LOOP;
END PROCESS;
9. EXIT 语句
EXIT语句用于结束LOOP循环状态.格式: EXIT [标号] [WHEN 条件]
例5－16:
PROCESS(a)
VARIABLE int_a :INTEGER; BEGIN
int_a:=a
FOR I=0 IN 0 TO max_limit LOOP
IF (int_a<=0) THEN
EXIT;
ELSE
int_a:=int_a-1;
q(I)<=REAL(a*I);
END IF
END LOOP;
y<=q;
END PROCESS;
二、并发描述语句
1.进程语句
在一个构造体中多个PROCESS语句可以同时并行的执行,该语句有如下特点:
1)可以和其它进程语句同时执行,并可以存取构造体和实体中所定义的信号
2)进程中的所有语句都按照顺序执行
3)为启动进程,在进程中必须包含一个敏感信号表或WAIT语句
4)进程之间的通信是通过信号量来实现的
2.并发信号代入
代入语句在进程中使用是顺序语句,但是在进程外即在构造体中使用就是并发语句,相当于一个进程.
例:
ARCHITECTURE behave OF a_var IS
BEGIN
Output<=a(I);
END behave;
可以等效于:
ARCHITECTURE behave OF a_var IS
BEGIN
ss PROCESS(a,I)
BEGIN
Output<=a(I);
END PROCESS ss;
END behave;
信号代入语句的右边可以是算数表达式,也可以是逻辑表达式,还可以是关系表达式,所以可以仿真加法器、乘法器、除法器、比较器和各种逻辑电路。
3.条件信号代入
条件代入语句也是并发语句，它可以将符合条件的表达式代入信号量。
格式：目的信号量<=表达式1 WHEN 条件1
ELSE 表达式2 WHEN 条件2
ELSE 表达式3 WHEN 条件3
:
ELSE 表达式n;
例5－17:四选一电路
LIBRARY IEEE;
USE ENTITY mux44 IS
PORT(i0,i1,i2,i3,a,b:IN STD_LOGIC;
q : OUT STD_LOGIC);
END mux44;