VHDL语言的主要描述语句
第19讲VHDL顺序描述语句
END rsff； ARCHITECTURE rtl OF rsff IS BEGIN
PROCESS（s，r） VARIABLE last_state ：BIT；
BEGIN ASSERT（NOT（s =‘1’AND r =‘1’）） REPORT “Both s and r equal to‘1’.” SEVERITY ERROR； IF（s =‘0’AND r =‘0’）THEN last_state := last_state； ELSIF（s =‘0’AND r =‘1’）THEN last_state := 0； ELSE last_state := 1； END IF； q <= last_state； qb <= not（last_state）；
q <= tmp2;
END PROCESS;
END rtl;
上例是一个取三个输入位矢量最大值的功能描述， 它在结构体中的进程语句中使用了两个过程调用语 句。
B. 函数调用语句
函数调用与过程调用是十分相似的，不同之处是， 调用函数将返还一个指定数据类型的值，函数的参 量只能是输入值。
函数语句分为两个部分，函数首和函数体。 （1）函数首的格式为： FUNCTION 函数名称（参数列表） RETURN 数据类型名； （2）函数体的格式为： FUNCTION 函数名称（参数列表） RETURN 数据类型名 IS
RETURN语句是一段子程序结束后，返回主程序的控制 语句。它只能用于函数与过程体内，并用来结束当前最内层 函数或过程体的执行。
RETURN语句的书写格式为：
RETURN； RETURN 表达式；
chap6VHDL语言的主要描述语句
qout<=d ;
--清零端无效，则时钟上升沿时输出为d
END IF;
〈EDA技术教程〉第6章
VHDL语言构造体的描述方法
3 CASE语句
CASE 语句常用来描写总线、编码或译码等功能，它可 以从不同语句中选择其中之一执行，与 IF 语句功能相似， CASE语句的可读性比if语句强。CASE语句的一般格式如下：
〈EDA技术教程〉第6章
VHDL语言构造体的描述方法
WHEN 13 => z2<='1' ; WHEN 4 To 72 => z3<='1'; WHEN OTHERS => z4<='1' ; END CASE ； END PROCESS ； END activ ；
-- 当sel为1或3时选中 -- 当sel为2、4、5、6或7时选中 -- 当sel为8～15中任一值时选中
【例2】 SIGNAL value : INTEGER RANGE 0 TO 15; SIGNAL out1 : STD_LOGIC ; ... CASE value IS -- 缺少以WHEN引导的条件句 END CASE； ... CASE value IS WHEN 0 => out1<= '1' ; -- value2～15的值未包括进去 WHEN 1 => out1<= '0' ; END CASE ... CASE value IS WHEN 0 TO 10 => out1<= '1'; -- 选择值中5～10的值有重叠 WHEN 5 TO 15 => out1<= '0'; END CASE;
第17讲VHDL主要描述语句case语句
END PROCESS;
END rtl;
练习：
用多选择结构实现如下问题： 1.求三个数中的最大数。 输入：整数a,b,c 输出：最大数max
2. Y= 1（X>0)
0 (X=0) -1 (X<0)
CASE语句
CASE语句根据满足的条件直接选择多项顺序语句中的一项执行。
CASE语句的结构为： CASE 表达式 IS WHEN 条件选择值 => 顺序语句， ┇
WHEN 条件选择值 => 顺序语句，
END CASE； 功能：先计算表达式的值，然后根据条件句中的选择值 执行相对应的顺序语句。 注意：条件句中的“=>”不是操作符，它相当于THEN作用。
其中WHEN条件选择值可以有四种表达方式；
① 单个普通数值，如：5； ② 数值选择范围，如：（1 TO 3)； ③ 并列值，如：4 | 6，表示取值为4或6； ④ WHEN OTHERS => 顺序语句
例[A] PROCESS
BEGIN
y <= a AND b； WAIT ON a，b； END PROCESS； 例[B]PROCESS（a，b）
BEGIN
y <= a AND b； END PROCESS； 在例[A]中执行所有语句后，进程将在WAIT语句处被挂起，
直到a或b中任何一个信号发生变化，进程才重新开始。例 [A]与例[B]是等价的。
用二选一结构实现求两数中的较大数。 输入：整数a,b; 输出：较大数C
3.多选择控制语句
这种语句的书写格式为：
IF 条件 THEN 顺序语句 ELSIF 顺序语句
ELSIF
顺序语句 ┇ ELSE 顺序语句
END IF；
VHDL主要描述语句――CASE语句
使能端G 使能端
I0 I1 I2 I3
四 选 一 数 据 选 择 器
Q
公共通道
（同一时间内只可允许一个信号通过）
信 号 传 输 目 的 地
信号选择控制端AB 信号选择控制端
VHDL主要描述语句 主要描述语句――CASE语句 主要描述语句 语句
一、复习 1.IF语句的三种书写格式： 语句的三种书写格式： 语句的三种书写格式 IF 条件 THEN 顺序处理语句 ; END IF ;
IF 条件 THEN 顺序处理语句1 ; ELSE 顺序处理语句2 ; END IF ;
IF 条件1 THEN 顺序处理语句1 ; ELSIF 条件2 THEN 顺序处理语句2 ; …… ELSIF 条件N THEN 顺序处理语句N ; ELSE 顺序处理语句0 ; END IF ;
（同一时间内只可允许一个信号通过）
信 号 传 输 目 的 地
信号选择控制端AB 信号选择控制端
LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD-LOGIC-1164.ALL; ENTITY 4SEL IS PORT ( I0，I1，I2，I3: IN STD-LOGIC ; ， ， ， A，B：IN STD-LOGIC ; ， ： Q:OUT STD-LOGIC ) ; END 4SEL ; ARCHITECTURE A OF 4SEL IS SIGNAL D : STD-LOGIC-VECTOR(2 DOWNTO 0); D<=A & B ; PROCESS( D ) CASE D IS WHEN “00” => Q <= I0 ; WHEN “01” => Q <= I1 ; WHEN “10” => Q <= I2 ; WHEN “11” => Q <= I3 ; WHEN OTHER => NULL ; END CASE ; END A;
第五章(VHDL主要描述语句)
(4) CASE语句执行中必须选中，且只能选中所列条件语
句中一条。这表明CASE语句中至少要包含一个条件语句。
CASE语句常用来描写总线行为、编码器和译码器的结构。CASE语句 与IF语句功能相似但CASE语句的可读性好，非常简洁。
CASE语句的误用：
SIGNAL value ： INTEGER RANGE 0 TO 15 ； SIGNAL out_1 ： BIT ； CASE value IS -- 缺少 WHEN条件语句 END CASE ； -- 分支条件不包含2到15 CASE value IS WHEN 0 => out_1 <= „1‟； WHEN 1 => out_1 <=„0‟； END CASE ； -- 在5到10上发生重叠 CASE value IS WHEN 0 TO 10 => out_1 <= „1‟； WHEN 5 TO 15 => out_1 <= „0‟； END CASE ；
IF语句不仅可用于选择器设计，还可用于比较 器，译码器等进行条件控制的逻辑设计。IF语句 中至少应有一个条件句，条件句必须由布尔表达 式构成，条件表达式中能使用关系运算操作及逻 辑运算操作的组合表达式。 IF语句颠倒条件判别次序，会引起在综合时逻辑 功能的变化，即IF语句判别条件不可颠倒。 IF语句中，先处理最起始的条件；如果不满足， 再处理下一个条件。一般把条件约束最多的作为 起始条件。
例
用IF语句描述一个二位等值比较器
ARCHITECTURE a OF compare IS LIBRARY IEEE; BEGIN PROCESS(a,b) USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; BEGIN ENTITY compare IS IF(a>b) THEN eater<='1';equal<='0';less<='0'; generic(n:natural:=2); ELSIF (a=b) THEN PORT( greater<='0';equal<='1';less<='0'; ELSE a,b:IN STD_LOGIC_VECTOR(n-1 DOWNTO 0); greater<='0';equal<='0';less<='1'; greater,equal,less:OUT STD_LOGIC); END IF; END PROCESS; END; END;
硬件描述语言第七讲 VHDL语言的主要描述语句
举例：
P1：PROCESS（a） VARIABLE tmp： STD_LOGIC；
BEGIN tmp := '0' ；
WHEN 1 => q <= d1； WHEN 2 => q <= d2； WHEN 3 => q <= d3； END CASE；
CASE语句使用说明
（1）选择值不可重复或重叠。 （2）当CASE语句的选择值无法覆盖所有
情况时，要用OTHERS指定未能列出的其 他所有情况的输出值。 （3）在进程中用CASE语句描述组合逻辑 电路时，务必覆盖所有的情况；否则综合 后将引入锁存器，违背设计初衷。
CASE语句与IF语句的比较：
IF语句是有序的,先处理最起始、最优先的条件， 后处理次优先的条件。
case语句是无序的,所有表达式值都并行处理。 case语句中的条件表达式的值必须举穷尽，又
不能重复。不能穷尽的条件表达式的值用 OTHERS表示。
带有WHEN OTHERS项的 CASE语句举例：
上述语句中满足以下条件中的一个或多个时，进程 将再次启动，继续执行WAIT 语句的后继语句。 （1）信号量nmi和interrupt任何一个有一次新的变化； （2）信号量nmi或interrupt任何一个取值为“真”； （3）该语句已等待5us。
超时等待
在设计的程序模块中，等待语句所等待的条 件，在实际执行时不能保证一定会碰到，为 了防止该等待语句进行无限期的等待状态， 等待语句通常要加一项超时等待项。
第10章VHDL基本语句
END LOOP L2; ...
11
11
10.1.4 LOOP语句
(2) FOR_LOOP语句，语法格式如下： [LOOP标号：] FOR 循环变量 IN 循环次数范围 顺序语句
LOOP
END LOOP [LOOP标号]；
SIGNAL tmp ：STD_LOGIC ；
BEGIN
奇校验就是看2进制数旳1旳个数为奇数
PROCESS(a)
就在校验位填0 偶数就填1 使1旳个数
BEGIN
变成奇数个. 偶校验相反 把1旳个数变
tmp <='0';
成偶数.
FOR n IN 0 TO 7 LOOP 然后传送数据，接受后在做相应旳奇偶
FOR后旳”循环变量”是一种临时变量,属LOOP语句旳局 部变量,不必事先定义. 这个变量只能作为赋值源,不能被赋值,它 由LOOP语句自动定义. 使用时应该注意,在LOOP语句范围内不 要再使用其他与此循环变量同名旳标识符.
“循环次数范围”要求LOOP语句中旳顺序语句被执行次数. 循环变量从范围初值开始,每执行完一次顺序增1,直至最大值.
第 10 章 VHDL基本语句
1
1
10.1 顺序语句
VHDL有6种基本顺序语句:赋值语句、流程控制语句、等待 语句、子程序调用语句、返回语句、空操作语句.
10.1.1 赋值语句
信号赋值语句
10.1.2 IF语句
10.1.3 CASE语句
变量赋值语句
多条件选择
值体现式旳 4种形式
单个一般数值，如6。
数值选择范围，如(2 TO 4)。
VHDL的主要描述语句
CASE语句。
使用CASE语句需注意以下几点：
· CASE语句中每一条语句的选择值只能出现一次，即不能有相同选择值 的条件语句出现。
· CASE 语句执行中必须选中，且只能选中所列条件语句中的一条，即 CASE语句至少包含一个条件语句。 · 除非所有条件语句中的选择值能完全覆盖CASE语句中表达式的取值， 否则最末一个条件语句中的选择必须用“OTHERS”表示，它代表已给 出的所有条件语句中未能列出的其他可能的取值。关键词OTHERS只能 出现一次，且只能作为最后一种条件取值。使用OTHERS是为了使条件 语句中的所有选择值能覆盖表达式的所有取值，以免综合过程中插入 不必要的锁存器。这一点对于定义为STD_LOGIC和STD_LOGIC_VECTOR 数据类型的值尤为重要，因为这些数据对象的取值除了1、0之外，还 可能出现输入高阻态Z，不定态X等取值。
&
减
并置
VHDL语言运算符号（二）
优先级顺序 操作符类型 操作符
+ 正负运算符 * 乘法运算符 负 乘法
功能
正
/
MOD REM ** ABS
除法
求模 取余 指数 取绝对值
NOT
取反
INDEX
数据类型及运算符
顺序语句
并行语句 其它语句
VHDL顺序语句
顺序语句是指完全按照程序中书写的顺序执行各语 句，并且在结构层次中前面的语句执行结果会直接影 响后面各语句的执行结果。顺序描述语句只能出现在 进程或子程序中，用来定义进程或子程序的算法。顺 序语句可以用来进行算术运算、逻辑运算、信号和变 量的赋值、子程序调用等，还可以进行条件控制和迭 代。 注意，这里的顺序是从仿真软件的运行和顺应VHDL语 法的编程逻辑思路而言的，其相应的硬件逻辑工作方 式未必如此。应该注意区分VHDL语言的软件行为与描 述综合后的硬件行为的差异。
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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5-1PROCESS(a,b)BEGINy<=a AND b;END PROCESS;该例中的进程与下例中进程相同:例5-1PROCESSBEGINy<=a AND b;WAIT ON a,b;END PROCESS;例5-2PROCESS(a,b)BEGINy<=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5－42.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+d5.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5－5IF (a=’1’) THENc<=b;END IF;例5－62)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5－7ARCHITECTURE rt1 OF mux2 ISBEGINPROCESS(a,b,sel)BEGINIF(sel=’1’) THENc<=a;ELSEc<=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：5－8LIBRARY IEEE;USE ENTITY mux4 ISPORT(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 ISBEGINnn: PROCESS(input,sel)BEGINIF (sel='00') THENq<=input(0);ELSIF (sel='01') THENq<=input(1);ELSIF (sel='10') THENq<=input(2);ELSEq<=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ISWHEN 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:5-9LIBRARY IEEE;USE ENTITY mux43 ISPORT(a,b,i0,i1,i2,i3 :IN STD_LOGIC;q : OUT STD_LOGIC); END mux43;ARCHITECTURE mux4_behave OF mux43 ISSIGNAL sel: INTEGER RANGE 0 TO 3;BEGINnn: PROCESS(a,b,i0,i1,i2,i3)BEGINsel<=0;IF (a='1') THENsel<=sel+1;END IF;IF (b='1') THENEND IF;CASE sel ISWHEN 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 isport(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); beginindata<=c&b&a;process(indata,g1,g2a,g2b)beginif(g1='1' and g2a='0' and g2b='0') thenwhen "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;elsey<="11111111";end if;end process;end behave38;例5-11LIBRARY ieee;USE encoder isport(input: in std_logic_vector(7 downto 0);y: out std_logic_vector(2 downto 0)); end encoder;architecture behave OF encoder isbeginprocess(input)begincase input iswhen”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5－12LIBRARY ieee;USE prior isport( input: in std_logic_vector(7 downto 0);y: out std_logic_vector(2 downto 0)); end prior;architecture be_prior OF prior isbeginprocess(input)beginif(input(0)='0') theny<="111";elsif (input(1)='0') theny<="110";elsif (input(2)='0') theny<="101";elsif (input(3)='0') theny<="100";elsif (input(4)='0') theny<="011";elsif (input(5)='0') theny<="010";elsif (input(6)='0') theny<="001";elsey<="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 LOOPsum=1+sum;END LOOP ASUM;例5－13：８位奇偶校验电路LIBRARY IEEE;USE ENTITY pc ISPORT(a : IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);y : OUT STD_LOGIC);END pc;ARCHITECTURE behave OF pc ISBEGINcbc: PROCESS(a)VARIABLE tmp: STD_LOGIC;BEGINtmp:='0';FOR i IN 0 TO 7 LOOPtmp:=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:=0abcd: WHILE (I<10) LOOPsum:=I+sum;I:=I+1;END LOOP abcd;例5－14：LIBRARY IEEE;USE ENTITY pc ISPORT(a : IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);y : OUT STD_LOGIC);END pc;ARCHITECTURE behave OF pc ISBEGINcbc: PROCESS(a)VARIABLE tmp: STD_LOGIC;BEGINtmp:='0';i:=0;WHILE (i<8) LOOPtmp:=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 BEGINFOR I IN 0 TO max_limit LOOPIF (done(I)=TRUE) THENNEXT;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; BEGINint_a:=aFOR I=0 IN 0 TO max_limit LOOPIF (int_a<=0) THENEXIT;ELSEint_a:=int_a-1;q(I)<=REAL(a*I);END IFEND 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 ISBEGINOutput<=a(I);END behave;可以等效于:ARCHITECTURE behave OF a_var ISBEGINss PROCESS(a,I)BEGINOutput<=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。