vhdl_0
第四讲VHDL语言基础知识
关键词 VHDL 实体 逻辑功能
此两处必须同名
逻辑行为描述
1、实体
格式
ENTITY 实体名 IS [GENERIC ( 类属表 );] [PORT ( 端口表 );] END 实体名;
说明
实体说明所设计的逻辑电路的输入、输 出信号及其特性（输入(in)输出(out)、双向 (inout)、buffer）
•文件（FILES）是传输大量数据的客体，包含一些专门数据 类型的数值。
对象说明的一般格式是： <对象类型> < 标识符表>：<子类型说明> <信号种类>： =<表达式>; 说明 标识符 <子类型说明>是类型名或类型名加限制条件 <信号种类>为BUS或REGISTER，该项为任选项 ：=<表达式>为对象赋初值
IS
一个包集合由包集合标题和包集合体两 大部分组成。 包集合体是一个可选项。
5、库
格式
LIBRARY 库名； USE 库名. 程序包名. All；
USE语句的使用有两种常用格式： USE 库名.程序包名.项目名 ； USE 库名.程序包名.ALL ；
VHDL库的种类
• IEEE库：IEEE标准库, 是按IEEE组织制定的 工业标准进行编写的， 是内容丰富的资源库 使用需声明 • •STD_LOGIC_1164 程序包 •STD_LOGIC_ARITH 程序包 •STD_LOGIC_UNSIGNED 程序包
STD库：VHDL标准库，STANDARD和 TEXTIO程序包即收入在STD库中 使用无需声明
VHDL库的种类
• • •
ASIC库：EDA厂商提供库 使用需声明 WORK库：现行作业库，当前工作目录的所有设计 使用无需声明 USER库：用户自定义库 使用需声明
毕业设计vhdl
毕业设计vhdl毕业设计：VHDL的应用与挑战在计算机科学与技术领域中，VHDL（VHSIC Hardware Description Language）是一种硬件描述语言，用于描述和设计数字电路。
作为一门重要的课程，毕业设计是学生们在大学期间的重要任务之一。
本文将探讨毕业设计中VHDL的应用与挑战。
VHDL是一种用于描述和设计数字电路的语言，它具有丰富的语法和强大的功能。
通过使用VHDL，设计师可以描述数字电路的结构和行为，从而实现复杂的功能。
VHDL具有模块化的特性，可以将电路划分为不同的模块，每个模块负责特定的功能。
这种模块化的设计方法使得电路的设计更加灵活和可维护。
在毕业设计中，VHDL的应用广泛而深入。
首先，VHDL可以用于设计和实现各种数字电路，如加法器、乘法器、寄存器等。
这些电路是计算机系统的基础组成部分，通过使用VHDL进行设计和实现，可以提高电路的性能和可靠性。
其次，VHDL还可以用于设计和实现数字信号处理（DSP）算法。
DSP算法在音频、视频等领域中具有广泛的应用，通过使用VHDL进行设计和实现，可以实现高效的算法并提高系统的性能。
然而，毕业设计中使用VHDL也面临一些挑战。
首先，VHDL的学习曲线较陡峭。
对于初学者来说，掌握VHDL的语法和规范需要一定的时间和精力。
其次，VHDL的调试和验证也是一个复杂的过程。
由于VHDL是一种硬件描述语言，无法直接运行和调试，需要使用仿真工具进行验证。
这个过程需要设计师具备一定的专业知识和技巧。
最后，VHDL的设计和实现也需要考虑到电路的性能和资源占用。
设计一个高效的电路需要综合考虑电路的结构和算法，以及资源的利用和分配。
为了克服这些挑战，毕业设计中可以采取一些策略。
首先，学生可以通过参加相关的课程和培训来提高对VHDL的理解和掌握。
这些课程和培训可以帮助学生了解VHDL的语法和规范，以及设计和实现电路的方法和技巧。
其次，学生可以利用仿真工具进行调试和验证。
VHDL语法简单总结
VHDL语法简单总结一个VHDL程序代码包含实体（entity）、结构体（architecture）、配置（configuration）、程序包（package）、库（library）等。
一、数据类型1.用户自定义数据类型使用关键字TYPE，例如：TYPE my_integer IS RANGE -32 TO 32;–用户自定义的整数类型的子集TYPE student_grade IS RANGE 0 TO 100;–用户自定义的自然数类型的子集TYPE state IS (idle, forward, backward, stop);–枚举数据类型，常用于有限状态机的状态定义一般来说，枚举类型的数据自动按顺序依次编码。
2.子类型在原有已定义数据类型上加一些约束条件，可以定义该数据类型的子类型。
VHDL不允许不同类型的数据直接进行操作运算，而某个数据类型的子类型则可以和原有类型数据直接进行操作运算。
子类型定义使用SUBTYPE关键字。
3.数组(ARRAY)ARRAY是将相同数据类型的数据集合在一起形成的一种新的数据类型。
TYPE type_name IS ARRAY (specification) OF data_type;–定义新的数组类型语法结构SIGNAL signal_name: type_name [:= initial_value];–使用新的数组类型对SIGNAL，CONSTANT, VARIABLE进行声明例如：TYPE delay_lines IS ARRAY (L-2 DOWNTO 0) OF SIGNED (W_IN-1 DOWNTO 0);–滤波器输入延迟链类型定义TYPE coeffs IS ARRAY (L-1 DOWNTO 0) OF SIGNED (W_COEF-1 DOWNTO 0);–滤波器系数类型定义SIGNAL delay_regs: delay_lines; –信号延迟寄存器声明CONSTANT coef: coeffs := ( ); –常量系数声明并赋初值4.端口数组在定义电路的输入/输出端口时，有时需把端口定义为矢量阵列，而在ENTITY中不允许使用TYPE进行类型定义，所以必须在包集(PACKAGE)中根据端口的具体信号特征建立用户自定义的数据类型，该数据类型可以供包括ENTITY在内的整个设计使用。
vhdl移位器原理
VHDL移位器是一种数字逻辑电路，用于将输入数据向左或向右移动指定的位数。
它通常由一个移位寄存器和一个控制逻辑组成。
移位寄存器是移位器的核心部件，它是一个可存储数据的寄存器，能够将输入数据向左或向右移动。
移位寄存器的位数通常与输入数据的位数相同，以便在移位过程中保持数据的完整性。
控制逻辑用于控制移位寄存器的移位方向和位数。
它通常由一个或多个输入信号控制，这些信号可以是时钟信号、使能信号或其他控制信号。
根据控制逻辑的输出，移位器可以执行以下操作：
左移操作：将输入数据向左移动指定的位数，同时保留低位数据不变。
在左移操作中，输入数据从最低位开始逐位向左移动，最高位被填充为0。
右移操作：将输入数据向右移动指定的位数，同时保留高位数据不变。
在右移操作中，输入数据从最高位开始逐位向右移动，最低位被填充为0。
VHDL实现移位器的原理是将输入数据存储在一个寄存器中，然后根据控制逻辑的输出，将寄存器中的数据向左或向右移动指定的位数。
具体实现方法可以根据具体需求和设计要求进行选择和调整。
需要注意的是，VHDL是一种硬件描述语言，用于描述数字电路的行为和结构。
在VHDL 中实现移位器需要使用相应的硬件描述语言语法和结构，例如使用“shift_left”或“shift_right”函数进行左移或右移操作。
同时，还需要根据具体的设计要求和约束条件进行优化和调整，以确保设计的正确性和性能的稳定性。
VHDL
1.3 VHDL的作用
HDL打破软、硬件的界限 传统的数字系统设计分为：
硬件设计（硬件设计人员）
软件设计（软件设计人员） 是硬件设计者和 EDA工具之间的界面
EDA工具及 HDL的流行，使电子系 统向集成化、大规模和高速度等方向发 展。 美国硅谷约有80%的 ASIC和 FPGA/CPLD已采用 HDL进行设计。
一般情况下 USE定义区的格式写成
LIBRARY IEEE； USE IEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; USE IEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
2.2 实体声明
实体声明：定义系统的输入输出端口
语法：
ENTITY <entity_name> IS Generic Declarations（类属表）； Port Declarations（端口表）； END <entity_name>; (1076-1987 version) END ENTITY <entity_name> ; ( 1076-1993 version)
子类型声明；常量声明。
END <包名> ; (1076-1987) END PACKAGE BODY <包名> ; (1076-1993)
例：程序包声明
2、 库
含义：存放预先完成的程序包和数据集合体 的仓库，包含了包或包的汇集 格式：LIBRARY 库名； 种类： STD 库（默认库） IEEE库 WORK库（默认库） 面向ASIC的库 用户定义库
硬件描述语言VHDL
1 概述
1.1 什么是VHDL（HDL）？
VHDL语言编程.pdf
由于VHDL已经成为IEEE标准所规范的硬件描述语言言，大大多数EDA工工具几几乎都支支持VHDL，这 为VHDL的进一一步推广广和广广泛应用用奠定了了基础。在硬件电路路设计过程中，主要的设计文文件是用用 VHDL编写的源代码，因为VHDL易易读和结构化，所以易易于修改设计。
易易于共享和复用用
VHDL采用用基于库（Library）的设计方方法，可以建立立各种可再次利利用用的模 块。这些模块可以预先设计或使用用以前设计中的存档模块，将这些模块存放 到库中，就可以在以后的设计中进行行行复用用，可以使设计成果在设计人人员之间 进行行行交流和共享，减少硬件电路路设计。
VHDL程序的结构
VHDL语言编程
VHDL语言言是什什么？
VHDL全名Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language,诞生生于1982年年。 是一一种用用于电路路设计的高高级语言言。它在80年年代的 后期出现。最初是由美国国防部开发出来供美军用用 来提高高设计的可靠性和缩减开发周期的一一种使用用范 围较小小的设计语言言 。用用在FPGA/CPLD/EPLD的 设计中。当然在一一些实力力力较为雄厚的单位，它也被 用用来设计ASIC。
END CASE； END invert； END logic；
各部分详细说明-Entity（实体）
entity 实体名is [generic (参数名表：类型；…);] [port (端口口表：方方式类型；…);] [声明] [begin
被动并行行行语句句] end [entity] [实体名]；
√
×
Out
输出
×
√
VHDL语言详解
概述（4/4）
VHDL vs. Verilog HDL
USA—IBM,TI,AT&T,INTEL…VHDL; USA—Silicon Valley…Verilog; Europe—VHDL; Japan—Verilog; Korea—70-80%VHDL;
VHDL的一些基本概念
基本概念（1/7）
操作数的类型应该和运算操作符所要求并置一维数组整数和实数包括浮点数整数和实数包括浮点数mod整数rem整数sll逻辑左移bit或布尔型一维数组srl逻辑右移bit或布尔型一维数组sla算术左移bit或布尔型一维数组sra算术右移bit或布尔型一维数组rol逻辑循环左移bit或布尔型一维数组ror逻辑循环右移bit或布尔型一维数组乘方整数算术操作符abs取绝对值整数vhdl语言的运算操作符2等于任何数据类型不等于任何数据类型小于枚举与整数类型及对应的一维数组大于枚举与整数类型及对应的一维数组小于等于枚举与整数类型及对应的一维数组关系操作符大于等于枚举与整数类型及对应的一维数组bitbooleanstdlogibitbooleanstdlogibitbooleanstdlogibitbooleanstdlogibitbooleanstdlogibitbooleanstdlogibitbooleanstdlogi整数符号操作符整数vhdl语言的运算操作符3运算符优先级xnor最低优先级vhdlvhdl语言的运算操作符4norxorstdlogicvector1downtostdlogicsignalnandjnandbooleansignalstdlogicvector1downtostdlogicsignalbooleanvhdl语言的运算操作符5主要用于位和位矢量的连接
两个进程语句并行执行
VHDL的配置.
VHDL的配置(2) ELSE IF (clk'EVENT) AND (clk = '1') AND (clk'LAST_VALUE = '0') THEN IF (count = 255) THEN count := 0; ELSE count := count + 1; END IF; END IF; END IF; data_out <= count; END PROCESS; END count_255; CONFIGURATION small_count OF counter IS FOR count_255 END FOR; END small_count;
VHDL的配置(1) •配置是把元件具体安装到实体的最基本设计 单元，模块的配置是模块的零件清单，在安 装元件时，配置将为实体在多个结构体中指 出用哪个结构体，当一种实体─结构体组合 编辑到库中时就产生一个可仿真的对象。 •设计描述总是把公共部分(如Package)往前 提，把具体部分(装配的元件和类属参数)往后 放 •配置则为所配置的结构体指定具体安装元件 的类属值，这种机制能提供了一种在实际布 线之后，最后加延时值的能力，以便为后仿 真提供实际的延时值。 •配置中可以用端口映射把新元件映射到相应 的信号上去，这种功能为设计选用和修改元 件库。 •配置提供替换能力，实现对实体所需的结构 体进行选择，而当选择改变时，只需对配置 文件进行重新编辑和仿真 配置分为默认配置、元件配置、块配置和结 构配置
VHDL的配置(3)
ARCHITECTURE count_64k OF counter IS BEGIN PROCESS(clk) VARIABLE count : INTEGER := 0; BEGIN IF clear = '1' THEN count := 0; ELSIF load = '1' THEN count := data_in; ELSE IF (clk'EVENT) AND (clk = '1') AND (clk'LAST_VALUE = '0') THEN IF (count = 65535) THEN count := 0; ELSE count := count + 1; END IF; END IF; END IF; data_out <= count; END PROCESS; END count_64k;
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引言 电子资源 ftp:///
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引言 课程考察作业内容： 课程考察作业内容：
• • • • • • • • 数字锁相环 FFT、数字滤波器 DSSS、OFDM系统 时分复用系统 调制解调算法实现 信道编解码器 语音/视频编解码器 等
VHDL逻辑综合设计
北京大学信息学院电子学系 2003.2 吴建军 副教授
引言
V HDL
VHSIC Hardware Description Language
Very High Speed Integrated Circuit
引言
IEEE Standards on HDL
VHDL’87 VHDL’93
VHDL Verilog
引言 The Usage of Computer in Electronic System Design
CAD
-- Computer Aided Design
EDA
-- Electronics Design Automation
* Simulation * Synthesis * Layout * Timing analysis
引言
V HDL
VHSIC Hardware Description Langauage
Very High Speed Integrated Circuit
引言
Integrated Circuit
IC:
ASIC FPGA
– Application Specific Integrated Circuit – Field Programmable Gate Array
引言 课程考察作业要求： 课程考察作业要求：
• 2～3人一组 • 步骤：
VHDL描述 功能仿真 布局布线 后仿真
• 提交文档：
设计的VHDL描述文档 仿真的激励（Stimulus）文档 仿真结果报告 布局布线结果报告 后仿真结果报告
引言 课程内容
VHDL语法入门 VHDL仿真与程序设计 VHDL建模与描述 VHDL逻辑综合设计 VHDL上机实验
引言 参考资料
王小军 编著，“VHDL简明教程”，清华大学出版社， 1997年； 侯伯亨 等编著，“VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路 设计”，西安电子科技大学出版社，1999年； IEEE Standard VHDL Language Reference Manual，IEEE Std 1076-1993