硬件描述语言
硬件描述语言AHDL
a0: in std_logic;
z0: out std_loigc);
end entity and2;
注：数据类型 time 用于仿真模块的设计。 综合器仅支持数据类型为整数的类属值。
6
用VHDL描述的可置数16位计数器：
7
2、VHDL语言可读性强，易于修改和发现错误。 3、VHDL具有丰富的仿真语句和库函数，可对 VHDL源代码进行早期功能仿真，有利于大 系统的设计与验证。 4、VHDL设计与硬件电路关系不大。 5、VHDL设计不依赖于器件，与工艺无关 。 6、移植性好。 7、VHDL体系符合TOP-DOWN和CE（并行工程）设计 思想。 8、VHDL设计效率高，产品上市时间快，成本低。 9、易于ASIC实现。
17
1、类属说明 类属说明：
确定实体或组件中定义的局部常数。模 块化设计时多用于不同层次模块之间信息的 传递。可从外部改变内部电路结构和规模。 类属说明必须放在端口说明之前。
Generic (
常数名称：类型 [：= 缺省值] {常数名称：类型 [：= 缺省值]} )；
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类属常用于定义： 实体端口的大小、
16
一、实体（说明）
实体（说明）：
定义系统的输入输出端口
语法：
ENTITY <entity_name> IS Generic Declarations Port Declarations END <entity_name>; (1076-1987 version) END ENTITY <entity_name> ; ( 1076-1993 version)
VHDL是电子系统设计者和 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。
VHDL语言介绍
VHDL语言介绍VHDL（VHSIC Hardware Description Language）是一种硬件描述语言，用于描述数字电路的结构和行为。
它是一种高级编程语言，用于描述数字系统中的硬件功能。
VHDL是一种被广泛应用于数字系统设计的硬件描述语言，它可以用于描述数字系统的结构和功能，并且允许进行仿真、综合和验证。
VHDL最初是由美国国防部（DoD）为了应对不同供应商生产的不同硬件之间互通性的问题而开发的。
它提供了一种用于描述数字电路的方法，可以在不同供应商的工具之间进行交换。
VHDL已成为一种行业标准，在数字系统设计领域被广泛应用。
VHDL的语法类似于Ada编程语言，它使用关键字、运算符和数据类型来描述数字系统中的硬件元素。
VHDL中的关键概念包括实体（entity）、架构（architecture）和过程（process）。
实体描述了数字系统的接口和功能，架构描述了数字系统的内部结构和行为，而过程描述了数字系统中的操作和控制。
VHDL主要有两种用途，一是用于模拟和验证数字系统的功能，二是用于综合数字系统的设计，生成实际的硬件电路。
在模拟和验证阶段，设计师可以使用VHDL描述数字系统的功能，并通过仿真工具对其进行验证。
在综合阶段，设计师可以使用VHDL描述数字系统的结构，并通过综合工具生成对应的硬件电路。
VHDL的优点在于其强大的表达能力和灵活性。
设计师可以使用VHDL描述各种复杂的数字系统，包括处理器、通信接口、存储器等。
VHDL还提供了丰富的数据类型和运算符，使设计师可以轻松地描述数字系统中的各种操作。
除了描述数字系统的结构和行为，VHDL还提供了丰富的标准库和模块化编程的方法。
设计师可以使用标准库中提供的各种功能模块来加速开发过程，并且可以将自己设计的模块封装成库以便重复使用。
VHDL还支持面向对象的设计方法，设计师可以使用面向对象的技术来组织和管理复杂的数字系统。
通过使用面向对象的方法，设计师可以将数字系统分解成多个模块，每个模块都有自己的接口和功能，并且可以通过继承和复用来简化设计过程。
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。
硬件描述语言
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architecture
inhabit_arch of inhibit is 一结构体定义 begin z<='1' when x='1' and y='0' else '0'; end;
下面请看演示
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5.1 VHDL概述
(2)VHDL的并发性 计算机软件程序一般按书写的顺序依次执行， 而VHDL却具有并发性。VHDL的并发性体现在 两个方面，首先在使用VHDL进行数字电路设计 时存在并发性，即VHDL支持设计分解，可使被 分解的各个子部分的设计并行完成。一个模型 的设计主要由3部分组成：元件库部分—USE说 明区：实体部分—确立模型与环境的接口；结 构体部分—描述元件的行为或功能，为模型生 成测试向量，并捕获模型输出信号状态以供分 上一页 下一页 返回 析。
5.2 VHDL的程序结构
【例5-2】一个与门电路的VHDL程序 library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; 一 打开需要用到的库 entity inhibit is 一实体(端口)说明 port( x,y:in std_logic; z:out std_logic); end inhibit;
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5.1 VHDL概述
VHDL是为数字电路的建模和模拟
(simulation)而制定的，是一种面向模拟、 针对硬件的语言。它的语法中有许多方面 均考虑到模拟与硬件的因素，包括VHDL的 硬件相关结构、并发特征和混合级描述以 及混合级模拟。
5.1 VHDL概述
（1）VHDL中的硬件相关结构 VHDL具有许多与数字电路结构直接相关的 概念，其中最主要的是元件(component)， 它是数字硬件结构—"黑盒"或"模块"的抽 象。VHDL中的元件由实体和结构体两部分 共同描述完成。
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。
硬件描述语言 ecc
硬件描述语言 eccECC（Error Correction Code）是一种硬件描述语言，用于实现数字系统中的错误检测和纠正功能。
它通过在数据中添加冗余信息，可以检测和纠正数据传输过程中的错误。
在本文中，我们将介绍ECC的原理、应用和优势。
ECC的原理是基于纠错码的概念。
纠错码是一种用于检测和纠正数据传输中错误的编码方式。
ECC通过在数据中添加冗余位，使得接收端能够根据这些冗余位来检测和纠正错误。
常见的ECC编码方式包括海明码、RS码和BCH码等。
在实际应用中，ECC广泛应用于存储系统和通信系统中。
在存储系统中，ECC可以检测和纠正存储器中的位错误。
例如，在计算机内存中，由于电磁干扰或硬件故障等原因，会导致存储器中的位错误。
通过使用ECC，可以检测这些错误并进行纠正，保证数据的可靠性和完整性。
在通信系统中，ECC可以用于检测和纠正信道中的错误。
信道中的错误通常由于噪声、干扰或传输错误等原因引起。
通过在数据中添加ECC冗余位，可以检测和纠正这些错误，提高信道的可靠性和传输效率。
ECC相比于其他纠错码技术具有一些优势。
首先，ECC可以在硬件级别上实现，因此可以提供更快的纠错速度和更低的计算复杂度。
其次，ECC可以在检测和纠正错误的同时提供更高的数据传输速率。
此外，ECC还可以在设计上进行优化，以适应不同的应用场景和资源限制。
然而，ECC也存在一些局限性。
首先，ECC对硬件资源的消耗较大，尤其是在需要高纠错能力的情况下。
其次，ECC的纠错能力有限，无法纠正大量的错误。
最后，ECC的实现需要一定的技术和设计经验，对于一些初学者来说可能会比较困难。
总的来说，ECC是一种重要的硬件描述语言，用于实现数字系统中的错误检测和纠正功能。
它在存储系统和通信系统中得到广泛应用，并具有较高的可靠性和效率。
然而，ECC也存在一些局限性，需要在实际应用中进行合理的设计和优化。
未来，随着硬件技术的不断发展，ECC在数字系统中的应用将会得到进一步的拓展和完善。
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。
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Output 1
底层元件 底层元件
Input n
2014-4-22 4
第3章 硬件描述语言
路 漫 漫 其 修 远 兮 吾 将 上 下 而 求 索
③ Structural Level （结构级描述）：描述该设计单元的 硬件结构、把已有的设计单元方便地用到新的设计中， 使用元件例化语句及配置语句来描述元件的类型及元件 的互联关系。结构描述方式的基本框架为用COMPONENT语 句指明电路中所用的已生成的模块，用PORTMAP（）语句 将模块连接起来。 元件描述—用于声明端口类型和数据类型 COMPONENT <低层设计名称> IS PORT ( <端口名称> : <端口类型> <数据类型>; ….. <端口名称> : <端口类型> <数据类型>; END COMPONENT; 元件配置—用于映射端口 <实例名称> : <低层设计名称>PORT MAP( <低层端口名称> => <本层端口名称>； … ； <低层端口名称> => <本层端口名称>;）
2014-4-22 1
第3章 硬件描述语言
3.VHDL语言的特点
路 漫 漫 其 修 远 兮 吾 将 上 下 而 求 索
（ 1 ） VHDL 具有更强的行为描述能力，从而决定了他成为系 统设计领域最佳的硬件描述语言。强大的行为描述能力是 避开具体的器件结构，从逻辑行为上描述和设计大规模电 子系统的重要保证。 （2 ）VHDL 丰富的仿真语句和库函数，使得在任何大系统的 设计早期就能查验设计系统的功能可行性，随时可对设计 进行仿真模拟。 （ 3 ） VHDL 语句的行为描述能力和程序结构决定了他具有支 持大规模设计的分解和已有设计的再利用功能。符合市场 需求的大规模系统高效，高速的完成必须有多人甚至多个 代发组共同并行工作才能实现。 （4）对于用VHDL完成的一个确定的设计，可以利用EDA工具 进行逻辑综合和优化，并自动的把VHDL描述设计转变成门 级网表。 （ 5 ） VHDL 对设计的描述具有相对独立性，设计者可以不懂 硬件的结构，也不必管理最终设计实现的目标器件是什么， 而进行独立的设计。
2014-4-22 2
第3章 硬件描述语言
4.VHDL语言描述方式
① Behavioral （行为级描述）：就是对整个系统的数学 模型进行描述。只表示输入/出之间的转换行为，不包 含任何结构信息，无需关注设计功能的门级实现。其 抽象程度比 RTL 描述方式和结构描述方式更高。 在程 序中大量采用算术运算、 关系运算、 惯性延时、 传 输延时等难以进行逻辑综合和不能进行逻辑综合的 VHDL语句。
2014-4-22
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第3章 硬件描述语言
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2：实体说明 ENTITY 实体名字 IS PORT (端口名，…）； END 实体名； 说明： 1：实体名可用英文字母、数字、下划线表示 ，名 字开头只能为英文字母，结尾不能用下划线。 2：PORT(端口名：方向 数据类型）； 端口名与实体名命名规则相同。 方向： IN 表示输入 OUT 表示输出（构造体内部不能再使用） INOUT 表示输入输出 BUFFER 表示输出端带有反馈类型。（构造体内 部可再使用）
2014-4-22 8
第3章 硬件描述语言
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相同点：值可变，可综合为逻辑或线 不同点：变量赋值有立即性，且只用于process，
subprogram中（VHDL-1076-87），而信号除此之外，还可
用于并行语句中 • 应用： 简单计算 复杂计算 中间结果
第3章 硬件描述语言
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③ Superlog 集合了Verilog的简洁、C语言的强大、功能验证和系统 级结构设计等特征，是一种高速的硬件描述语言。由 Phil Moorby 与 Peter Flake 和 一 家 叫 做 Co － Design Automat － ion 的 EDA 公司合作，在 Verilog 语言的基础 上，结合高级语言 C 、 C ＋＋甚至 Java 等语言的特点， 进行扩展，于 1999 年发布了 Superlogtm 系统设计语言， 同时开发了两个工具 :SystemSimtm( 用于系统开发 ) 和 SystemExtm(用于高级验证)。 ④ SystemC 由 Synopsys 和 Coware 合作为满足 SOC 要求开发的（在系 统芯片各个设计中，像系统定义、软硬件的划分、设 计实现等）一种能同时实现较高层次的软件和硬件描 述的系统级设计语言。著名公司Cadence也于2001年加 入了SystemC联盟。
3
第3章 硬件描述语言
② RTL （ Register transfer Level ）：即寄存器传输级 描述，也称为数据流描述。既显示地表示了设计单元 的行为，又隐含该设计单元的结构。
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描述电路的功能和结构 调用特殊的硬件 用于综合
Input 1
2014-4-22
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第3章 硬件描述语言
常数、变量、信号所描述的对象
路 漫 漫 其 修 远 兮 吾 将 上 下 而 求 索
VHDL 语言中，可以赋予一个值的对象就称为客体或对象。 信号(SIGNAL)： 对应物理意义上是实际电路连接线。 变量(VARIABLE)： 相当于暂存寄存器，变量值不是最终结果。 常数（CONSTANT）： 如电源、地等，用来描述固定的值。 ★信号量和变量的区别： ① 信号量是全局量（只能在进程、函数中使用和定义） 变量是局部量（只能在构造体、子程序中定义，而不 能在进程、过程、函数中定义） ② 信号赋值用“<=”,而变量用“：＝”。 ③ 信号和变量可以相互代入。 如：a 是变量，b是信号，则a:=b;b<=a; ④ 变量是立即赋值的，而信号量是在进程结束时赋值的。
路 漫 漫 其 修 远 兮 吾 将 上 下 而 求 索
Input1…N
IF input1 THEN FOR j IN high DOWNTO low LOOP shift(j) := shift(j); END LOOP; output1 <= shift AFTER 5ns 2014-4-22
Output1…N
2014-4-22
signal variable variable
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第3章 硬件描述语言
路 漫 漫 其 修 远 兮 吾 将 上 下 而 求 索
signal a, b, c, x, y : signal a, b, x, y : integer integer process(a, b, c) process(a, b, c) begin variable c : c <= a; integer; x <= c + 2; begin c <= b; c := a; y <= c + 4; end process; x <= c + 2;
2014-4-22 5
第3章 硬件描述语言
3.2 VHDL语言基本结构
路 漫 漫 其 修 远 兮 吾 将 上 下 而 求 索
一.VHDL 语言的基本结构： 库说明＋包集合＋实体＋构造体＋（配置） 库(library)：用来存放已经编译的实体、构造体、包集 合和配置，库一般可由用户产生或者由ASIC芯片制造商提 供。 包集合(package)：存放各设计模块都能共享的数据类 型、常数和子程序。 实体（Entity）：系统的外部接口关系。 构造体（Architecture）：描述系统内部的结构和行为。 配置（configuration）：用于从库中选取所需的单元， 来组成系统设计的不同版本。
2
a b
+ +
x
y
4
2 b
c := b;
y <= c + 4; end4-22
+
x
+
y
10