第5章 VHDL程序结构

VHDL 数字系统设计 第5章 VHDL程序结构 VHDL语言的特点： VHDL语言具有很强的电路描述和建模能力，能从多个层次对数字系统进行建模和描述，从而大大简化了硬件设计任务，提高了设计效率和可靠性。 VHDL具有与具体硬件电路无关和与设计平台无关的特性，并且具有良好的电路行为描述和系统描述的能力，使设计者可以专心致力于其功能的实现，而不需要对不影响功能的与工艺有关的因素花费过多的时间和精力。 类属声明是设计者向设计实体传递的信息，包括数据通道宽度、信号宽度、实体中子元件的数目、实体的延时特性和负载特性等静态信息： GENERIC({[CONSTANT]{名称}：[IN] 类属类型 [:= 缺省值]；})； 端口声明是描述设计实体的输入和输出特性的定义部分，它包括端口的信号名称、信号模式、信号类型和仿真初始值等信息： PORT({[SIGNAL]{名称}：[信号模式] 信号类型[BUS][:= 仿真初始值]；})； 在例题中，给出了1位全加器的实体声明，实体中给出了该全加器的端口声明： 例 1位全加器 ENTITY full_adder IS -- 实体声明 PORT (a，b，c_in：IN Bit； -- 端口声明 sum，c_out：OUT Bit)； END full_adder； 上述实体声明与右图 是相互对应的。可见已知一 个电路的逻辑框图，就可 以写出对应的实体声明，反之亦然。 从下面的例子，我们来看端口声明和类属声明的作用，在该例中类属n是锁存器的位数，缺省值为8： 例 高电平锁存的n位锁存器 ENTITY latch IS GENERIC(n：Positive := 8)； PORT (eg：IN Bit； d：IN Bit_Vector (n-1 DOWNTO 0)； q：OUT Bit_Vector(n-1 DOWNTO 0))； END latch； ARCHITECTURE latch_eg OF latch IS BEGIN PROCESS(eg) BEGIN IF eg=‘1’ THEN q <= d； END IF； END PROCESS； END latch_eg； 端口方向 IN ：IN定义的通道为单向输入模式，规定数据只能通过此端口被读入实体中。 OUT ：OUT定义的通道为单向输出模式，规定数据只能通过此端口从实体向外流出，或者说可以将实体中的数据向此端口赋值。 端口方向 INOUT ： INOUT为输入输出双向端口，即从端口内部看，可以对端口进行赋值，即输出数据。也可以从此端口读入数据，即输入。如RAM的数据端口，单片机的I/O口。 BUFFER ：输出缓冲。 BUFFER的功能与INOUT类似，区别在于当需要输入数据时，只允许内部回读北部产生的输出信号,即反馈。如计数器的设计，可将计数器输出的计数信号回读，以作下一计数值的初值。与INOUT模式相比，BUFFER回读(输入)的信号不是由外部输入的，而是由内部产生、向外输出的信号。就是说buffer 仅仅是一个数据缓存器，不能用于IO输出！ 例2-4 2选1多路选择器 (课本35页) 描述风格： 结构描述 RTL描述 行为描述 结构体mux_arch1：结构描述。 它描述了设计实体mux的硬件是如何构成的，即构成设计实体mux的各个元件之间的连接关系。 结构体mux_arch2：RTL描述。 它描述了设计实体mux的数据从输入到输出的流向，同时也隐含了设计实体mux的另一种硬件结构。 结构体mux_arch3：行为描述。 它描述了设计实体mux的输出端口与输入端口之间的行为关系，但不包含任何结构信息。 思考题： 1.例2-1中的1位全加器是什么描述风格？ 2.试写出1位全加器的另外2种风格的描述。 留在实验课上验证！ 2.4 VHDL的标识符 在数字系统的VHDL描述中，实体、结构体、子程序、元件、对象、属性和语句标号等用户的定义项，都必须用标识符来命名。 某些标识符，例如ARCHITECTURE、BEGIN、END和ENTITY等等，在VHDL中有固定的含义，是VHDL的保留字(列于附录A，并且在本书的例子中用黑体字表示)，不能用来命名用户的定义项。 为了便于阅