硬件描述语言与数字系统开发(第3章)-10

硬件描述语言与数字系统开发,第3章硬件描述语言VHDL程序结构,VHDL的描述风格,VHDL的库及配置,VHDL的构造体,VHDL的实体,VHDL程序结构,VHDL程序基本结构,VHDL的基本设计单元,Entity(实体)用来说明模型的外部特征。,Configuration(配置)将实体和它的构造体联系起来。,Package(程序包)构成库的基本单元，使实体和结构体内的数据类型、常量、子程序等对于其他设计单元可见，包括包头和包体两部分。,Library(库)用来存放已编译过的设计单元，可作为其它设计描述的共享资源。,Architecture(构造体)用来定义模型的功能。,实体(ENTITY)说明语句的一般格式为：ENTITY实体名IS类属参数说明端口说明END实体名；,斜体表示关键字；实体名为设计单元命名；表示可选项；类属参数说明用以指定某些全局参数值；端口说明则定义了每个外部引脚的名称、模式和数据类型。,实体(ENTITY)用来描述设计单元的外部信息，即为设计单元命名，并说明端口。,实体(ENTITY),端口说明的一般格式为：PORT（端口名，端口名：端口模式数据类型；.端口名，端口名：端口模式数据类型）；,例如,4-7译码器的端口描述：ENTITYYMQ4_7ISPORT(Q1,Q2,Q3,Q4:INBIT;Y:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO1);ENDYMQ4_7;,设计实体端口模式说明,端口模式（MODE）,端口模式（MODE）有以下几种类型：IN；OUT；INOUT；BUFFER端口模式可用下图说明：（黑框代表一个设计或模块）INOUTBUFFERINOUT,实体(ENTITY)与电路图设计中的电路元件符号(Symbol)相对应。Symbol规定了电路元件的符号名、接口关系和数据类型，而ENTITY也具有同样的功能。,下面R-S触发器的例子可以看出两者间的对应关系。(右边是传统设计中的符号图描述，左边是VHDL的设计描述),ENTITIE与SYMBOL对应关系,*端口说明语句用关键词PORT开头，用来描述实体对外界连接的端口名称、数目、模式和数据类型。本例中，实体rsff有四个端口，Set/Reset是IN模式，Q/QB是BUFFER(缓冲)输出模式，都为BIT类型。,RSFF实体的VHDL描述为：ENTITYRSFFISPORT(set,reset:INBIT;q，qb:BUFFERBIT);ENDRSFF;,*实体语句用关键词ENTITY开头，实体名RSFF对应于符号名SYMBOL，端口说明语句处于实体结束语句ENDRSFF；之间。,ENTITIE与SYMBOL对应关系举例,ENTITYcntm16IS-实体定义PORT(ci:INstd_logic;nreset:INstd_logic;clk:INstd_logic;co:outstd_logic;qcnt:bufferstd_logic_vector(3downto0);ENDcntm16;,端口名称,端口类型,端口模式,构造体(ARCHITECTURE)说明语句的一般格式为：ARCHITECTURE构造体名OF实体名IS构造体说明部分BEGIN并行处理语句段；END构造体名；,关键字ARCHITECTURE做为构造体的开头，构造体名可任取，说明是某设计实体的构造体。ARCHITECTURE和BEGIN之间是构造体参数说明区；BEGIN和END之间是构造体功能说明语句区，由并行处理语句组成。,构造体(architecture),构造体说明语句描述设计功能，即说明设计单元的具体行为或结构。,构造体（Architecture）,构造体（Architecture）,声明语句区（Declarations）用于结构体中的数据类型，常数，信号，元件，子程序等声明。,并发语句区,信号赋值（SignalAssignments计算结果，并赋值给信号,元件例化（ComponentInstantiations）调用另一个实体所描述的电路。即元件调用,过程调用（ProcedureCalls调用一个预先定义好的一个算法。,进程（Processes）定义一个新算法实现电路功能。进程中的语句按放置的顺序执行，即顺序语句。,构造体组织结构,功能说明语句是构造体描述的主体，采用并行语句(并行赋值语句、元件例化语句、进程语句等)来描述，有行为功能描述、数据流描述和结构描述三种设计描述方式（或称三种设计描述风格）。,设计单元的构造体用以说明实体的行为功能，可以用行为、数据流和结构等多种方式来描述同一个设计实体。一个设计实体可以有多个构造体，一种可能是行为描述，另一种可能是结构描述，还有一种可能是数据流描述。通过配置语句可将某一特定的构造体与实体相联系。,以设计实体rsff的构造体描述为例说明如下。,结构描述风格,rsff结构化描述的构造体：ARCHITECTUREnetlistOFrsffISCOMPONENTnand2PORT(a,b:INBIT；c:OUTBIT)；ENDCOMPONENT；BEGINU1:nand2PORTMAP(set,qb,q)；U2:nand2PORTMAP(reset,q,qb)；ENDnetlist；,实体rsff的结构图:,RSFF实体的VHDL描述为：ENTITYRSFFISPORT(set,reset:INBIT;q，qb:BUFFERBIT);ENDRSFF;,行为、数据流描述风格,行为描述模型,用输入/输出响应来描述器件的模型只描述电路的功能，而不是结构不针对专门的硬件可用于综合和仿真,Input1N,Output1N,IFinput1THENFORjINhighDOWNTOlowLOOPshift(j):=shift(j);ENDLOOP;output1mux_outmux_outmux_outmux_out=d;endcase;,数据流描述模型,将硬件的RTL模型转化为某种优化的特殊的门级电路来具体实现,实体和构造体之间的关系,Input1,Inputn,Output1,Outputn,构造体,ABCDSel,MUX_Out,2,实体,库（library）,库的种类：WORK库-设计库，对当前项目默认可视，无需调用说明语句。STD库-资源库，为VHDL标准库，无需调用说明语句。IEEE库-资源库，含std_logic_1164等逻辑设计标准和设计单元，需加调用说明语句。ASIC库-资源库，又称逻辑门库，含已通过编译的设计实体，需加调用说明语句。用户自定义库-资源库，由用户开发的共用程序包，需要加调用说明语句。,库的作用：利用VHDL进行设计时，为提高设计效率和遵循统一的语言规则或数据类型，将一些有用的数据定义信息程序包汇集到一个或几个库中以供调用，实现资源共享。,std库/ieee库中的程序包,库说明语句,库说明语句一般格式：LIBRARY库名1；LIBRARY库名2；LIBRARY库名；,库说明语句使用范围：从一个设计实体的实体说明开始到它所属的构造体配置为止。当一段程序中出现两个以上实体时，需要两条以上的库说明语句，且放置在各自的实体说明前。,包集合（package）,包集合调用语句一般格式：LIBRARYIEEE；USEIEEE.std_logic_1164.all;USEIEEE.std_logic_arith.all;USEIEEE.std_logic_unsigned.all;,包集合又称程序包，是库的基本组成单元，是设计中常用子程序和公用数据类型及函数、过程定义的程序集合，可供用户调用。,配置语句的一般格式：CONFIGURATIONconfiguration_nameOFENTITY_nameISFORarchitecture_nameENDFOR;ENDconfiguration_name;,配置(configuration),配置(configuration)语句：指明设计实体与结构体之间的连接关系，相当于将设计单元安装到具体的实体中。用户可利用配置语句来选择不同的构造体,使其与具体设计实体相对应。,mux21a实体mux21a结构体,举例:设计一个2选1多路通道选择器,d,e,程序包,实体,构造体,多路选择器的VHDL描述（一）,ENTITYmux21aISPORT(a,b:INBIT;s:INBIT;y:OUTBIT);ENDENTITYmux21a;ARCHITECTUREoneOFmux21aISSIGNALd,e:BIT;BEGINd=aAND(NOTS);e=bANDs;yifa=0thenth:=0011;tl:=“0000;a:=1;g=1;r=0;yyifa=0thenth:=0011;tl:=0000;a:=1;g=0;r=1;yyifa=0th