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VHDL知识点
总结的VHDL基础知识点，实体结构体语句等等...只有举出的知识导图
编辑于2019-12-12 13:58:06
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- 大纲
VHDL语言
组成部分
实体（外部引脚）
GENERIC(参数定义语句)
位置
端口说明语句之前
功能
用以设定实体或元件内部电路结构和规模
书写格式
GENERIC(常数名：数据类型：=设定值； 常数名：数据类型：=设定值）；
PORT(端口说明)
功能
在电路图上，对应元件符号的外部引脚
是对实体界面的说明，是对端口信号名、数据类型和端口模式的描述
书写格式
PORT（端口信号名，端口信号名......：端口模式 端口类型； 端口信号名，端口信号名.......：端口模式 端口类型）；
注意事项
端口名字在实体中是唯一的，不能重复
端口模式说明信号方向
结构体（外部功能）
功能
描述实体内部结构与性能
描述实体的硬件结构
元件间得互联关系
实体所完成的逻辑功能
数据的传输变换
注意事项
当实体中有多个结构体时，结构体名字不能重复
结构体内定义的数据类型，常数，函数只能用于该结构体内部
其他实体或结构体使用时需把参数放进程序包，从该程序包调用
构成（并行语句）
块语句block
进程语句precess（最常用）
并行赋值语句
条件赋值语句
元件例化语句
生成语句
并行过程调用
书写格式
构造图
库LIBRARY
书写格式
LIBRARY 库名；
常用库
IEEE（最常用）
STD_LOGIC_SIGNED
STD_lOGIC_USIGNED
STD_LOGIC_1164
STD_LOGIC
STD_LOGIC_VECTOR
STD-LOGIC_ARITH
STD(不常用)（标准库）
STANDARD
TEXTIO
自动使用，不许调用
WORK用户的现行工作库
VITAL
使用
LIBRARY 库名； USE 库名.程序包.使用项目；或者USE 库名.程序包.ALL
程序包package
程序包定义的数据类型、子程序、元件调用说明等可提供各个实体使用
格式
PACKAGE 程序包名 IS //程序包首 [说明语句] END 程序包名； PACKAGE BODY 程序包名 IS //程序包体 [程序包体说明语句] END 程序包名；
组成
程序包首
可独立使用
收集多个不同信息
数据类型、信号说明等
程序包体
非必须
元件函数必须有的内容安排在包体内
包含内容
常数说明
数据类型说明
元件定义
子程序
常用的标准程序包
STANDRD
定义了若干数据类型，子类型、函数
属于STD库
STD-LOGIC-1164
属于IEEE库
定义了常用的数据类型和函数
STD_LOGIC
STD_LOGIC_VECTOR
使用时在实体前加上调用语句
STD_LOGIC_UNSIGNED STD_LOGIC_SIGNED
属于IEEE 库
重载后用于INTEGER ,STD_LOGIC，STD_LOGIC_VECTOR几种类型数据之间混合运算的运算符
STD_LOGIC_ARITH
属于IEEE库
在1164基础上定义了三个数据类型UNSIGNED SIGNED SMALL_INT及其相关算术运算符和转换函数
用户自定义的程序包
配置
书写
CONFIGURATION 配置名 OF 实体名 IS [配置语句说明] END 配置名
描述风格
行为描述
真值表
描述实体的输出端口与输入端口之间的行文关系
数据流描述
布尔方程
描述实体的数据流向
结构描述
逻辑图
描述实体的硬件是如何构成的 各个元件的连接关系
语法
结构体
类型
块语句BLOCK
书写格式
块标号 BLOCK [块保护表达式] [接口说明语句] //类似实体定义 [类属参数说明语句] BEGIN 并行语句+ END BLOCK 块标号；
使用目的
改善程序的可读性和关闭某些信号
定义的对象
USE语句，子程序，数据类型，子类型，常数，信号及元件
进程语句PROCESS
构成
进程说明部分
定义局部量
包含数据类型、常数、变量、属性、子程序等
不能定义信号共享变量
顺序描述语句
信号赋值语句
向信号赋值
变量赋值语句
以变量的形式存储中间值
进程启动语句
WAIT语句
子程序调用语句
对已经定义的过程和函数进行并参与运算
顺序描述语句
IF CASE LOOP
进程跳出语句
NEXT EXIT(只能用于LOOP的循环体中)
NEXT
终止当前的一次循环开始下次循环
格式
ENXT;
ENXT LOOP 语句标号；
ENXT LOOP 语句标号 WHEN 布尔表达式；
EXIT
直接结束循环
格式
EXIT;
EXIT LOPP 语句标号；
EXIT LOOP 语句标号 WHEN 布尔表达式；
敏感信号参数表
特点
可以有多个precess结构
进程都是并行的，但内部的语句是按顺序执行的
任意敏感参量变化PROCESS都被激活
无限循环语句
只有两种状态
执行状态
遇到END是自动返回到起始语句
等待状态
无敏感信号变化时，在等待状态，一旦信号发生变化，进入执行状态
只允许一个时钟信号的同步时序逻辑
执行状态和运行时间与外部因素无关
由敏感信号的变化启动如果没有敏感信号，必须有一个显式的WAIT语句来激励
语句格式
[进程名 ：] PROCESS [（敏感信号表）][IS] [进程说明部分] BEGIN 顺序描述语句 END PROCESS [进程标号]；
元件例化语句
子程序语句SUBPROGRAM
定义
在主程序调用它之后能将处理结果返回到主程序的程序模块 利用顺序语句定义和完成算法
类型
函数
书写格式
FUNCTION 函数名 （参数.......）RETURN 数据类型名 //函数首部 FUNCTION 函数名 （参数......） //函数体 RETURN 数据类型名 IS //函数体要求返回的类型 [说明语句] BEGIN [顺序处理语句] END 函数名
特点
只能有一个返回值
FUNCTION只能计算数值，不能改变其参数的值 参数的模式只能是IS
函数首在用户自定义中不是必须的
重载函数
同样名称的函数可以用不同类型的参数定义多次
过程
书写格式
PROCEDURE 过程名 （参数表） //首部 PROCEDURE 过程名 （参数1；参数2；..） IS //过程体 [定义语句] BEGIN [顺序处理语句] END 过程名
特点
参数可以是IN OUT INOUT等多种模式，都列在紧跟过程名的括号内
与进程语句PROCESS相同，语句顺序执行
函数与过程的不同
过程内部无RETURN语句，但有多个返回值，函数通过RETURN语句有返回值，有且只有一个
函数的参数传递只有IN 过程有多个
函数通常作为表达式的一部分，过程多作为一个语句
使用规则
每次使用都要进行初始化
可反复调用，但每次会生成一个电路模块，需考虑硬件的承受能力
RETURN语句
结束当前的过程或者函数
格式
RETURN;
RETURN 表达式；（不能用在过程中）（必须用在函数体中）表达式的值为函数返回值
信号赋值语句
并行赋值语句
生成语句
并行过程调用
断言语句
用在进程和子程序中的被称为顺序断言语句
格式
ASSERT 布尔表达式 [REPORT 信息][SEVERITY 错误级别]；
工作方式
并行
描述语句
并行语句
描述模块间连接关系
特点
并行关系，受信号触发，语句同时执行
常用语句
进程语句PROCESS
并行信号赋值语句
简单信号赋值语句
格式
目标信号<=表达式；
条件信号赋值语句
格式
目标信号<=表达式 WHEN 条件表达式 ELSE 表达式 WHEN 条件表达式 ELSE .......... 表达式；
有优先级，按书写顺序测试
选择信号赋值语句
格式
WITH 选择表达式 SELECT 目标信号<=表达式WHEN 选择表达式； 表达式WHEN 选择表达式； 表达式WHEN 选择表达式；
同一优先级
赋值目标只能是信号
元件例化语句（重点）（难点）
组成
元件声明
定义i
讲一个现成的设计实体定义为一个元件，功能是对待调用的这个元件做调用声明 相当于对一个现成的设计实体进行封装，只留除对外的接口界面
ARCHITECTURE和BEGIN之间
书写格式
COMPONENT 元件名 IS GENERIC （参数表）； PORT（端口名表）; END COMPONENT
元件例化
书写格式
例化名：元件名 PORT MAP(端口名=>连接端口名，....）；
生成语句
形式一
[标号：] FOR 循环变量 IN 取值范围 GENERATE 说明语句 BEGIN 并行语句 END GENEERATE
形式二
IF 条件 GENERATE 说明语句 BEGIN 并行语句 END GENERATE
组成
生成方式
FOR或IF，规定并行语句的复制方式
说明语句
对元件数据类型，子程序，数据对象做说明
并行语句
是用来复制的基本单元
标号
可有可无，但在嵌套中必须有标号
表达式
TO表达式；（递增）
DOWNTO表达式（递减）
顺序语句
实现模型的算法部分
特点
按照书写顺序执行
只在进程和子程序内部使用
常用语句
顺序赋值语句
可以对信号赋值，也可以对变量赋值
赋值
变量
格式
赋值目标：=赋值源；
信号
格式
赋值目标<=赋值源
IF语句IF-THEN-ELSE-END IG;
特点
与并行语句中的条件赋值功能相似
条件表达式有优先级
先写的条件具有更高的优先级
格式
单分支
格式
IF 条件表达式 （布尔表达式） THEN 顺序语句； END IF;
双分支
格式
IF 条件表达式（布尔表达式）THEN 顺序语句； ELSE 顺序语句； END IF;
多分支
格式
IF 条件表达式 THEN 顺序语句； ELSIF 条件表达式 THEN 顺序语句； ELSE 顺序语句； END IF
嵌套
格式
IF 条件表达式 THEN 顺序语句； IF 条件表达式 THEN ....... END IF END IF
注意事项
至少有一个条件语句
必须以END IF 结束
条件表示为布尔表达式
最后一个为ELSE
CASE语句
与并行语句中的选择信号赋值语句功能相当
格式
CASE 表达式 IS WHEN 选择值=>顺序语句； WHEN 选择值=>顺序语句； ........ WHEN OTHERS; END CASE;
注意事项
选择值必须在表达式取值范围内
如果选择值不能完全覆盖表达式取值时，必须加WHEN OTHERS。
没个选择值只能出现一次
至少包含一个条件语句，且必须执行一条
LOOP语句
循环语句，使语句循环若干次
格式
格式一
[标号]： LOOP 顺序语句； END LOOP[标号] ；
格式二
[标号]:FOR 循环变量IN循环范围LOOP 顺序语句； END LOOP[标号];
格式三
[标号] ：WHILE 条件表达式 LOOP 顺序语句； END LOOP[标号];
NEXT EXIT(只能用于LOOP的循环体中)
NEXT
终止当前的一次循环开始下次循环
格式
ENXT;
ENXT LOOP 语句标号；
ENXT LOOP 语句标号 WHEN 布尔表达式；
EXIT
直接结束循环
格式
EXIT;
EXIT LOPP 语句标号；
EXIT LOOP 语句标号 WHEN 布尔表达式；
WAIT语句
等待语句，程序顺序执行该语句时将暂停，知道某个条件满足后才继续执行
常用格式
WAIT；
没有条件，表示永远挂起
WAIT ON 信号表；
敏感信号等待语句。敏感信号的任何变化都会启动该程序
WAIT UNTIL 条件表达式；
条件等待语句，需要两个条件才能据需（敏高信号变化，满足UNTIL条件）
WAIT FOR 时间表达式；
超时等待语句
从执行WAIT开始，在除时间段内，进程挂起
NULL语句（补充）
格式
NULL [AFTER 时间表达式]
不执行任何动作，在语句中必须显式地指出不执行任何动作时，使用
数据类型
四大种类
标量类型
基本数据类型
包含
整型
实数型
枚举型
物理类型
格式
TYPE 类型名 IS值域
复合类型
数组（Array）
书写格式
TYPE 数据类型名 IS ARRAY 范围 OF 元数据类型；
记录
格式
TYPE 记录名称 IS RECORD {元素名称 ：元素类型；} END RECORD;
存取类型
等价于指针型
只有变量被说明为存取类型
文件类型
提供多值存取
标准数据类型
位（bit）
表示信号值
表示方法
字符0或1
‘’
位矢量（bit_Vector）
位的数组
一组位数据
可以是10 2 16（H）进制
“”
使用时必须标明带宽（数组的长度必须明确定义）
布尔值（boolean）
在IF语句中测试产生两种值
true（真）
false（假）
整数（Integer）
整数，负数，0
范围-2147484647到2147484647
32位
实数（Real）
范围-1.0E+48到1.0E+48
字符（Character）
区分字母大小写
字符串（String）
时间（Time）
物理量数据
包含整数和单位且之间至少留一个空格
错误等级（Severity Level）
NOTE(注意)
WARNING(警告)
ERROR（出错）
FAILURE（失败）
程序包定义的数据类型
STD_LOGIC_1164
STD_LOGIC
'U'初始值
'x' 强未知
'0'强逻辑0
'1'强逻辑1
'Z'高阻态
'w' 弱信号未知
'L' 弱逻辑0
下拉
'H'弱逻辑1
上拉
'-'不可能的事
STD_LOGIC_VECTOR
标准一位数组
STD_LOGIC_ARITH
无符号（UNSIGNED）
在综合器中被解释为二进制，最高位为其最高值
有符号（SIGNED）
在综合器中解释为补码，最高位为符号位
小整形（SMALL_INT）
用户自己定义的数据类型
书写格式
TYPE 数据类型名 IS 数据类型定义 OF 基本数据类型
TYPE 数据类型名 IS 数据类型定义
常用数据类型
枚举型
书写格式
TYPE 数据类型名 IS （元素，元素，....）；
子类型
SUBTYPE 子类型名 IS 书记类型名[范围]
TYPE和SUBTYPE区别
TYPE
定义的是一个新的类型
SUBTYPE
定义的是原类型的子类，其值还可赋给原类型的数据
子类型 继承父类
SUBTYPE 子类型名称 IS 基本类型值域的子集
标识符（命名）
命名规则
大小写英文字母 数字 下划线
起始字符必须为英文字母
下划线不能连续且前后必须有英文或数字
不区分大小写
允许包括图形符号（回车、换行、空格）
不能是系统定义的保留字
实体，结构体，对象，元件，端口用标识符命名
数据对象（保存数据的课题单元）
信号（基本客体）（全局变量）
物理设计中某一条硬件连接线
赋值时必须有时延
赋值符号“<=”
说明场合
实体，结构体，程序包
书写格式
SIGNAL 信号名：信号类型 约束条件 ：=表达式
在进程和子程序的顺序语句中不能定义信号
变量（局部变量）
存放数值
值可以传送给信号
赋值不能有时延
赋值号 “：=”
说明场合
进程，子程序
书写格式
VARIABLE 变量名：数据类型 约束条件：=表达式
常量（全局变量）
数字电路中的电源和地等
说明场合
实体，结构体，程序包，块，进程，子程序
书写格式
CONSTANT 常数名：常数类型：=表达式
常数的值不可改变
属性
定义
是类型、子类型、过程、函数、信号、变量、常量、结构体、配置、程序包、元件、语句标号等项目的特征
一个数据对象只能有一个值，但可以具有多种属性
语句格式
项目名'属性名
种类
型号类属性
EVENT（事件）
信号在单位事件内有事发生
较常用，只能用于IF和WAIT语句中
STABLE（稳定）
信号在单位时间内无事发生
数据区间类属性
'RANGE[(n)]
返回的区间于原项目相同
'REVERSE_RANGE[(n)]
返回的区间于原项目相反
返回的是一值的取值区间
数值类属性
LEFT
最左侧位
RIGHT
最右侧位
HIGH
最高位
LOW
最低位
数组属性
'LENGTH
对数组的宽度和元素个数进行测定
用户自定义属性
格式
ATTRIBUTE 属性名 ： 数据类型； ATTRIBUTE 属性名 OF 对象名 ：对象类型的IS值；
运算符
逻辑操作符
种类
NOT
取反
AND
与
OR
或
NAND
与非
NOR
或非
XOR
异或
XNOR
同或
应用
逻辑型数据
STD_LOGIC
BIT
逻辑型数组
STD_LOGIC_VECTOR
BIT_VECTOR
布尔型数据
注意事项
运算式左右两边类型必须相同
运算式左右没有优先级
必须加括号区分优先级
只有一种逻辑运算符时可以不加括号
算术操作符
求和运算符
+加
操作整数类型
-减
操作整数类型
&并置
将两部分连接
不能出现在赋值号左边
求积运算
*乘
整数类型和实数类型
/除
整数类型和实数类型
MOD求模
REM取余
符号操作符
一元运算
+正
-负
可以操作任意数据类型
混合操作符
**指数
左操作数可以是整数或浮点型，而右边不许为整数
ABS取绝对值
关系操作符
=等于
/=不等于
排序操作符
>大于
<小于
>=大于等于
<=小与等于
符号操作符
移位操作符
逻辑移位
SLL
逻辑左移
SRL
逻辑右移
用“0”填补移空的位
算术移位
SLA
算术左移
SRA
算术右移
把首位看作符号，保持符号不变，空位用最初首位填补
循环移位
ROL
左循环移位
ROR
右循环移位
ARCHITECTURE 结构体名 OF 实体名 IS [说明语句] 内部信号，常数，数据类型，函数等的定义 BEGIN [功能描述语句] EDD ARCHITECTURE 结构体名
IN 输入 OUT 输出 只能被赋值 INOUT 双向 可做对象可做预源，但对象和源不是同一对象 BUFFET 缓冲端口 带反馈的输出，可读可写，对象和源同时发生
ENTITY 实体名 IS GENERIC(类属参数说明 ) PORT（端口说明）； END ENTITY实体名