硬件描述语言资料
硬件描述语言实验报告资料
《硬件描述语言》实验报告学院：学号：姓名：专业：实验时间：实验地点：指导教师：年月实验一简单组合逻辑设计一、实验目的及要求：1.掌握基本组合逻辑电路的实现方法。
2.初步了解两种基本组合逻辑电路的生成方法。
3.学习测试模块的编写。
4.通过综合和布局布线了解不同层次仿真的物理意义。
二、实验设备及要求装有modesim和synplify的电脑一台三、实验内容与步骤1.实验内容：本次实验采用Verilog HDL语言设计一个可综合的数据比较器，其功能是比较数据a与数据b的结果，如果两个数据相同，则输出结果1，否则给出结果0；并写出测试模型，使其进行比较全面的测试。
2.实验步骤：（1）建立工程文件，编写模块源码和测试模块,要求测试模块对源文件进行比较全面的测试；（2）编译源码和测试模块，用测试模块对源文件进行测试，并进行仿真；（3）观察综合后生成的文件和源文件的不同点和相同点。
（4）综合时采用不同的FPGA器件，观察综合后的结果有什么不同。
四、实验结果与数据处理：1.RTL图及仿真后波形图：2.综合后的电路图：五、分析与讨论：1.课本练习一的测试方法二中，第二个initial块有什么用？它与第一个initial块有什么关系？答：测试方法二中的第二个initial用来暂停仿真以便观察仿真波形，它与第一个initial是并行关系2.如果在第二个initial块中，没有写出#10000或者$stop，仿真会如何进行？答：如果没有写#10000，仿真会直接停止，没有$stop，仿真不会结束。
3.比较两种测试方法，哪一种更全面？答：第二种测试方法更全面，测试了更多种的变换的情况。
实验二简单分频时序逻辑电路的设计一、实验目的及要求：1.掌握条件语句在简单时序模块设计中的使用；2.掌握verilog语句在简单时序模块设计中的使用；3.学习在Verilog模块中应用计数器；4.学习测试模块的编写、综合和不同层次的仿真。
二、实验设备及要求装有modesim和synplify的电脑一台三、实验内容与步骤：1.实验内容：（1）使用always块和@(posedge clk)或@（negedge clk）的结构来表述时序逻辑，设计1/2分频的可综合模型。
计算机系统设计硬件描述语言与逻辑设计
计算机系统设计硬件描述语言与逻辑设计计算机系统设计是指通过软件和硬件的相互配合来实现计算机系统的构建和功能。
在这个过程中，硬件描述语言（HDL）发挥着重要的作用。
HDL是一种用于描述计算机系统硬件的语言，它可以用来设计、验证和仿真数字电子电路，并转化为可实现的布局，进而实现系统功能。
一、硬件描述语言的定义与作用硬件描述语言是一种特殊的编程语言，用于描述计算机硬件的功能和结构。
它能够对硬件进行逻辑设计，并通过编程来实现不同的功能。
常见的硬件描述语言包括VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）和Verilog。
硬件描述语言的作用有以下几个方面：1. 设计和验证功能：通过使用硬件描述语言，工程师可以对计算机硬件进行设计和验证。
在设计过程中，硬件描述语言可以描述硬件的功能和结构，有助于工程师在设计阶段快速定位问题并进行修正。
2. 面向抽象级别：硬件描述语言可以在不同的抽象级别上进行描述。
工程师可以在高级抽象级别上描述整个系统，也可以在低级抽象级别上描述硬件电路的细节。
这使得硬件描述语言非常灵活，能够适应不同的设计需求。
3. 支持仿真和验证：硬件描述语言可以与仿真工具结合使用，用于验证设计的正确性。
通过对硬件描述语言编写的代码进行仿真，工程师可以模拟不同输入条件下的系统运行情况，从而验证设计的正确性，发现潜在问题。
二、逻辑设计与硬件描述语言逻辑设计是计算机系统设计的一个重要环节，通过逻辑设计，可以实现计算机系统的各种功能。
硬件描述语言在逻辑设计中扮演着关键的角色。
1. 逻辑门电路的描述：逻辑门电路是计算机系统中最基本的组成部分。
硬件描述语言可以用来描述不同类型的逻辑门电路，并通过逻辑门之间的连接实现复杂的逻辑功能。
2. 状态机的设计：状态机在计算机系统中广泛应用，用于描述系统的状态和状态之间的转换关系。
硬件描述语言可以描述各种类型的状态机，包括Mealy状态机和Moore状态机，并实现其对应的功能。
第九章 硬件描述语言简介
6、关键词 、
关键词是Verilog HDL语言内部的专用词。
三、 模块的两种描述方式 1、行为描述方式 、
行为描述方式通过行为语句来描述电路要实现的功能，表 行为描述方式通过行为语句来描述电路要实现的功能， 示输入与输出间转换的行为，不涉及具体结构。 示输入与输出间转换的行为，不涉及具体结构。
2、结构描述方式 、
本章小结
• 硬件描述语言是用于描述硬件电路的一种专用计 算机编程语言，用它可以对任何复杂的电路进行 完整的功能、动态时间参数甚至功耗参数的描述。 • 作为一种高级语言，Verilog HDL有严格的语法规 定，必须严格按照这些规定编写出的源文件，才 能被应用软件所识度和运行。
第九章*
一、内容提要
硬件描述语言简介
本章简要介绍硬件描述语言。首先简单介绍了 硬件描述语言的基本概念和发展与应用概况，然后 介绍了有关Verilog HDL的基本知识，最后给出了 几个用Verilog HDL描述逻辑电路的实例。
二、本章内容
9.1 概述 概述 9.2 Verilog HDL简介 简介 9.3 用Verilog HDL描述逻辑电路的实例 描述逻辑电路的实例
模块的基本语法结构如下： module <模块名 (<端口列表 模块名> 端口列表 端口列表>) 模块名 <定义 定义> 定义 <模块条目 模块条目> 模块条目 endmodule 根据<定义 模块条目 的描述方法不同，可将模块分成 根据 定义><模块条目 的描述方法不同， 定义 模块条目>的描述方法不同 行为描述模块、结构描述模块，或者是二者的组合。 行为描述模块、结构描述模块，或者是二者的组合。 行为描述模块通过编程语言定义模块的状态和功能 通过编程语言定义模块的状态和功能。 行为描述模块通过编程语言定义模块的状态和功能。 结构描述模块将电路表达为具有层次概念的互相连接的子 结构描述模块将电路表达为具有层次概念的互相连接的子 模块，其最底层的元件必须是Veriolg HDL 支持的基元或已定 模块，其最底层的元件必须是 义过的模块。 义过的模块。
硬件描述语言
硬件描述语言硬件描述语言（HardwareDescriptionLanguage，HDL），是一种特殊的编程语言，旨在帮助设计人员（称作HDL程序员）创建电子系统的软硬件。
它支持现在最先进的电子系统，并能够提供开发方案，以更快地实现目标，更有效地使用更少的资源，并且更稳定地完成任务。
HDL是一种高级程序设计语言，由若干种编程语言构成，其中包括Verilog，VHDL, SystemVerilog等。
HDL语言描述技术主要用于描述单片机或模拟集成电路（IC）中的复杂电路结构和功能。
它以硬件参数、原语和结构描述为基础，能够描述逻辑系统的底层电路，比如门逻辑、触发器、多路选择器、比较器等。
HDL具有许多优点，能够极大地降低电路设计的困难程度，同时简化设计的复杂性和过程，可以提高设计效率和提升最终产品的性能。
HDL提供方便的调试和测试功能，可以支持电路设计过程管理，减少产品设计和开发的工作量。
此外，HDL能够提供标准、可重用的描述，以及可读性好的语法，可以显著简化设计过程。
HDL的另一个重要优点是，它可以帮助HDL程序员创建更复杂、更现代化的电路设计，而不需要编译器和其它复杂的程序设计开发工具。
HDL可以提供电路设计过程中所需的所有功能，包括定义电路功能，输入输出管理，系统级构建，网络结构，状态机控制，信号处理，数据传输等。
它还利用可视化技术以及带有标准和完善的接口，能够更快地识别和定位问题，大大降低了调试产品的时间。
HDL的另一个优点在于，它具有许多可扩展性，无需为每个项目开发新的硬件。
HDL能够有效地管理工厂现有的系统设计，例如将新的硬件模块添加到已有的电路框架中，并且能够有效地利用已有的硬件，尽可能减少更改硬件布局的时间。
当今，HDL已经成为电子行业中最专业化的编程语言，并被广泛应用于微处理器、嵌入式系统、数字信号处理（DSP）、模拟信号处理（ASP）、网络交换、存储器系统，以及其它领域。
HDL在加速设计过程、改善产品质量、减少产品成本方面十分有用，是现今许多企业进行电子产品设计的重要工具。
HDL软件介绍范文
HDL软件介绍范文HDL（硬件描述语言）是一种用于描述数字系统硬件结构的语言，它可以用于设计和模拟数字电路。
HDL软件是一种用于编写和分析HDL代码的工具，它可以帮助工程师有效地设计和验证复杂的硬件系统。
在HDL软件中，设计师可以使用HDL语言编写硬件描述代码。
这些代码描述了系统中各个组件的功能和连接关系。
HDL软件可以根据这些代码生成电路图，以便设计师可以更直观地理解系统结构。
2.编译器：HDL软件附带了一个编译器，它用于将HDL代码编译为可执行文件。
编译器将代码转换为等效的逻辑电路，并生成电路图。
3.仿真器：HDL软件具有内置的仿真器，用于模拟设计的行为。
仿真器可以加载编译后的代码，并通过模拟输入信号来观察输出信号。
这使得设计师可以在实际制造硬件之前对设计进行测试和验证。
4.调试器：HDL软件提供了一个调试器，设计师可以使用它来分析仿真结果和调试代码。
调试器允许设计师在仿真过程中设置断点，并观察变量的值和信号波形。
5.特殊工具：HDL软件通常还包含一些特殊工具，用于执行特定的任务。
例如，一些HDL软件提供了时序分析工具，用于分析和优化数字电路的时序性能。
其他工具可能包括布线工具和综合工具，以进一步优化硬件设计。
在选择HDL软件时，设计师应考虑以下几个因素：1.可用性：设计师应选择易于使用的HDL软件，它提供了直观的界面和丰富的文档资料。
2.功能：HDL软件的功能应满足设计需求。
设计师应评估软件是否支持所需的HDL语言和仿真器特性。
3.兼容性：HDL软件应与其他工具和硬件设备兼容，以便与其他软件一起使用。
4.性能：设计师应评估HDL软件的性能，包括编译时间和仿真速度。
较快的编译和仿真能够显著提高设计效率。
5.社区支持：设计师应考虑选择具有活跃的用户社区和论坛的HDL软件。
这样可以更容易地获取帮助和解决问题。
目前市面上有多种HDL软件可供选择，其中一些比较流行的软件包括：1. Xilinx ISE：这是一款由Xilinx开发的HDL软件，用于设计和验证FPGA和ASIC。
vhdl语言
VHDL语言简介VHDL（VHSIC Hardware Description Language）即可高速集成电路硬件描述语言，是一种用于描述数字系统和电路的硬件描述语言。
它在1981年由美国国防部的高速集成电路联合委员会（VHSIC）开发，用于设计大规模集成电路。
VHDL是一种面向对象的语言，可以用于描述各种数字系统，从简单的逻辑门到复杂的处理器。
它提供了丰富的语法和语义，使得设计人员可以准确地描述他们的电路和系统。
VHDL的优势VHDL作为一种硬件描述语言，在数字系统设计中具有许多优势。
1.可重用性：VHDL允许设计人员创建可重用的模块和子系统，这些模块和子系统可以在不同的项目中重复使用，提高了设计效率和可维护性。
2.仿真和验证：VHDL具有强大的仿真和验证能力，可以在设计之前对系统进行全面的仿真和验证。
这有助于检测和纠正潜在的问题，并确保系统在硬件实现之前达到预期的功能。
3.抽象级别：VHDL允许设计人员在不同的抽象级别上描述系统，从高级的行为级别到底层的结构级别。
这使得设计人员可以根据需要在不同的级别上工作，并且可以更容易地进行系统级别的优化。
4.灵活性和可扩展性：VHDL支持灵活的设计方法和工作流程，并允许设计人员在设计过程中进行迭代和修改。
它还可以与其他常用的设计工具和方法集成，以满足特定的需求。
VHDL语言的基本结构VHDL语言由模块、实体、架构以及信号和过程等基本元素组成。
模块（Module）模块是VHDL中描述数字系统的最基本单位。
一个模块可以包含多个实体和架构，并通过连接信号进行通信。
每个模块都有一个顶层实体和一个或多个架构。
实体（Entity）实体是描述模块的接口和行为的抽象。
它定义了输入输出端口，以及模块对外部环境的接口。
一个实体可以有一个或多个架构。
架构（Architecture）架构描述模块的具体行为和内部结构。
它定义了模块的内部信号和过程，以及对外部信号和过程的接口。
hdl硬件描述语言
hdl硬件描述语言
HDL是Hardware Description Language的缩写，即硬件描述语言。
它是一种用于描述数字电路的语言，包括了数字电路的功能、结构和行为等方面。
HDL 通常用于设计和模拟数字电路，以帮助工程师更好地理解数字电路的功能和性能，并在设计电路时提供一种有效的工具。
在HDL中，通常使用的是高级语言来描述电路的功能和行为，比如Verilog和VHDL。
这些语言提供了一些强大的特性，如模块化设计、层次结构、波形仿真等，使得电路的设计和测试变得更加高效、方便和准确。
HDL的设计流程通常包括以下几个步骤：首先，需要将所需的电路功能转化为模块化的设计，比如将复杂的电路分解为多个子模块；其次，需要使用HDL语言编写每个模块的描述，包括模块端口定义、内部逻辑和功能描述等；接下来，需要进行波形仿真以验证电路的功能和性能；最后，需要将HDL代码转化为实际的硬件电路，比如使用FPGA或ASIC等技术将代码烧入硬件芯片中。
总之，HDL是一种用于描述数字电路的语言，它可以帮助工程师更好地理解和设计数字电路，提高电路设计和测试的效率和准确性。
硬件描述语言
VHDL的程序至少由实体(entity)和结构体(architecture)两部分组成 实体的作用、结构体的作用
entity adder1 is port( a:in bit; b:in bit; s:out bit; co:out bit ); end adder1; --以上是半加器的实体说明 architecture adder1_arch of adder1 is begin s<=a xor b; co<=a and b; end adder1_arch; --以上是半加器的结构体定义
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VHDL 语 言 有 两 个 标 准 版 ： VHDL’87 版 和 VHDL’93 版 。 VHDL’87 版 的 标 识 符 语 法 规 则 经 过 扩 展 后 ， 形 成 了 VHDL’93版的标识符语法规则。前一部分称为短标识符， 扩展部分称为扩展标识符。VHDL’93版含有短标识符和扩 展标识符两部分。
硬件描述语言
VHDL概述及其开发环境
1 硬件描述语言的概念、地位、用途、优点 2 VHDL代码如何变成电路 3 VHDL程序框架（实体＋结构） 4 MAX＋plusII快速入门
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1 硬件描述语言的概念、地位、用途、优点
概念：VHDL是VHSIC（Very High Speed Integrated Circuit） Hardware Descriptions Language的缩写，即超高速集成电路 的硬件描述语言。VHDL语言能够描述硬件电路的结构、行为与 功能。 历史：随着大规模专用集成电路ASIC(Application-specific IC)的开发和研制，为了提高开发的效率，增加已有成果的可继 承性，各ASIC研制和生产厂家相继开发了用于各自目的的硬件 描述语言。其中最有代表性的是美国国防部开发的VHDL语言。 Viewlogic公司开发的Verilog HDL以及ALTERA公司开发的AHDL 语言。VHDL硬件描述语言在1987年被接纳为IEEE 1076标准，并 且在1993年进行了扩展，修订为新的VHDL语言标准IEEE 1164， 1996年，IEEE 1076.3成为VHDL的综合标准。1995年，中国国家 技术监督局发布的《CAD通用技术规范》中也明确推荐采用VHDL 作为我国电子设计自动化硬件描述语言的国家标准。
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布局与布线
将已分割的逻辑小块放到器件内部逻辑 资源的具体位置并利用布线资源完成各 功能块之间的连接
生成编程文件
生成可供器件编程使用的数据文件
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通过电脑下载到器件
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代码与电路
代码对应于逻辑 逻辑与器件结合产生功能电路 代码的重复代表电路的重复 电路是并行的，所以代码一定是并行的 逻辑的繁简对应代码的繁简
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3 VHDL程序框架（实体＋结构）
VHDL的程序至少由实体(entity)和结构体(architecture)两部分组成 实体的作用、结构体的作用
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内部结构 程序存储 资源类型 集成度 使用场合
速度 其他资源 保密性
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CPLD和FPGA比较
CPLD Product－term
内部EEPROM 组合电路资源丰富
FPGA Look－up Table SRAM，外挂EEPROM 触发器资源丰富
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短标识符(1)
短标识符 VHDL的短标识符是遵守以下规则的字符序列： (1) 必须以英文字母打头。 (2) 字符可以是大写、小写的数字(0～9)和下划线(_)。 (3) 下划线前后都必须有英文字母或数字。 (4) EEA工具综合、仿真时，短标识符不区分大小写。 一般地，对VHDL的保留字：ENTITY，ARCHITECTURE，END，
代码仿真 下载
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第2讲： VHDL的基本元素
1 标识符 2 数据对象 3 数据类型 4 操作符 5 端口模式
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1 标识符
标识符规则是VHDL语言中符号书写的一般规则。不仅对电 子系统设计工程师是一个约束，同时也为各种各样的EDA 工具提供了标准的书写规范，使之在综合仿真过程中不生 产生歧义，易于仿真。
end adder1_arch;
--以上是半加器的结构体定义
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VHDL工程的模块化特性
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4 MAX＋plusII快速入门
软件的安装 源代码编辑 代码编译
注意1：指向当前工程，文件名与工程名要一致。 注意2：要选择器件，分配引脚。 注意3：任何“警告”都不能忽略。
entity adder1 is
port(
a:in bit;
b:in bit;
s:out bit;
co:out bit
);
end adder1;
--以上是半加器的实体说明
architecture adder1_arch of adder1 is
begin
s<=a xor b;
co<=a and b;
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VHDL语言设计硬件电路的优点（1.3） 1）设计技术齐全，方法灵活，支持广泛 2）系统硬件描述能力强 3）硬件描述语言VHDL可以与工艺无关地进行编程 4）语言标准、规范，易于共享和复用 5）可以仿真验证及优化
VHDL硬件描述语言与计算机软件语言的比较（1.4） 1）VHDL中的硬件相关结构 2）VHDL的并发性 3）VHDL与C++等高级语言比较
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2 VHDL代码如何变成电路
代码是干什么用的？ 脚本，与编辑器无关，与语言无关
可编程逻辑器件的结构 门电路阵列，可以采用一定方法使门组装成不同功能的电路 数字电路中中小规模器件如何实现？（编码器（74LS148） 译码器（74LS154）比较器（74LS85）计数器（74LS193）等 CPLD和FPGA： 基于与或阵列结构的器件－－阵列型（PROM，EEPROM， PAL，GAL，CPLD，CPLD的代表芯片：Altera的MAX系列） 基于门阵列结构的器件－－单元型（FPGA）
历史：随着大规模专用集成电路ASIC(Application-specific IC)的开发和研制，为了提高开发的效率，增加已有成果的可继 承性，各ASIC研制和生产厂家相继开发了用于各自目的的硬件 描述语言。其中最有代表性的是美国国防部开发的VHDL语言。 Viewlogic公司开发的Verilog HDL以及ALTERA公司开发的AHDL 语言。VHDL硬件描述语言在1987年被接纳为IEEE 1076标准，并 且在1993年进行了扩展，修订为新的VHDL语言标准IEEE 1164， 1996年，IEEE 1076.3成为VHDL的综合标准。1995年，中国国家 技术监督局发布的《CAD通用技术规范》中也明确推荐采用VHDL 作为我国电子设计自动化硬件描述语言的国家标准。
硬件描述语言
VHDL概述及其开发环境
1 硬件描述语言的概念、地位、用途、优点 2 VHDL代码如何变成电路 3 VHDL程序框架（实体＋结构） 4 MAX＋plusII快速入门
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1 硬件描述语言的概念、地位、用途、优点
概念：VHDL是VHSIC（Very High Speed Integrated Circuit） Hardware Descriptions Language的缩写，即超高速集成电路 的硬件描述语言。VHDL语言能够描述硬件电路的结构、行为与 功能。
低
高
完成控制逻辑 慢
能完成比较复杂的算法 快
－ 可加密
EAB，锁相环 一般不能保密
设计输入 设计处理 下载编程
把代码转换为逻辑映像
功能仿真 时序仿真 在线测试
综合和优化
优化：将逻辑化简，去除冗余项，减少 设计所耗用的资源
综合：将模块化层次化设计的多个文件 合并为一个网表，使设计层次平面化
映射
VHDL 语 言 有 两 个 标 准 版 ： VHDL’87 版 和 VHDL’93 版 。 VHDL’87 版 的 标 识 符 语 法 规 则 经 过 扩 展 后 ， 形 成 了 VHDL’93版的标识符语法规则。前一部分称为短标识符， 扩展部分称为扩展标识符。VHDL’93版含有短标识符和扩 展标识符两部分。