第三章 VHDL语言结构体的描述方式

1、1 VHDLVHDL语言的结构体可以用不同的语句类型和描语言的结构体可以用不同的语句类型和描述方式来表达电路所期望的逻辑行为，而对于相同的述方式来表达电路所期望的逻辑行为，而对于相同的逻辑行为，可以有不同的语句表达方式。逻辑行为，可以有不同的语句表达方式。 在在VHDLVHDL语言中，这些描述方式或建模方式称为语言中，这些描述方式或建模方式称为VHDLVHDL语言的描述风格。语言的描述风格。 常用的描述方式主要有：常用的描述方式主要有： 行为描述行为描述 数据流描述数据流描述 结构描述结构描述 混合描述混合描述 2 行为描述依据设计实体的功能或算法对结构体行为描述依据设计实体的功能或算法对结构

2、体进行描述，不需要给出实现这些行为的硬件结构，进行描述，不需要给出实现这些行为的硬件结构，只强调电路的行为和功能。只强调电路的行为和功能。 在结构体中，行为描述主要用函数、过程和进在结构体中，行为描述主要用函数、过程和进程语句，以功能或算法的形式来描述数据的转换和程语句，以功能或算法的形式来描述数据的转换和传送。传送。 3.1 结构体的行为描述结构体的行为描述 3【例例3.1】试用行为描述完成二选一数据选择器的设计。试用行为描述完成二选一数据选择器的设计。 设数据输入为设数据输入为d0d0和和d1d1、选择输入为、选择输入为s s，输出为，输出为y y。 程序清单：程序清单： ENTITYEN

3、TITY mux21 mux21 ISIS PORTPORT ( d1, d0: ( d1, d0: ININ STD_LOGIC STD_LOGIC； s: s: ININ STD_LOGIC STD_LOGIC； y: y: OUTOUT STD_LOGIC ) STD_LOGIC )； ENDEND mux21 mux21； ARCHITECTUREARCHITECTURE behavior behavior OFOF mux21 mux21 ISIS BEGINBEGIN y y = d1 = d1 WHENWHEN s =1 s =1 ELSEELSE d0 d0； ENDEND b

4、ehavior behavior；4 行为描述类似于高级编程语言，主要是对设计行为描述类似于高级编程语言，主要是对设计实体的功能或数学模型进行描述，其抽象程度远高实体的功能或数学模型进行描述，其抽象程度远高于数据流描述和结构描述，其特点如下：于数据流描述和结构描述，其特点如下： 行为描述具有很高的抽象程度，远高于数据行为描述具有很高的抽象程度，远高于数据流描述和结构描述；流描述和结构描述； 行为描述只需描述清楚输入与输出的行为，行为描述只需描述清楚输入与输出的行为，而与它们的结构无关；而与它们的结构无关； 描述程序大多采用算术运算、关系运算、惯描述程序大多采用算术运算、关系运算、惯性延时、传输

5、延时等语句；性延时、传输延时等语句； 结构体中的过程语句属于典型的行为描述。结构体中的过程语句属于典型的行为描述。5 即逻辑描述，它利用即逻辑描述，它利用VHDLVHDL语言中的赋值符和逻语言中的赋值符和逻辑运算符进行描述，既包含逻辑单元的结构信息，辑运算符进行描述，既包含逻辑单元的结构信息，又隐含地表示某种行为。又隐含地表示某种行为。 3.2 结构体的数据流描述结构体的数据流描述 例如：例如： y y = a = a NORNOR b b； z z = = NOTNOT( a ( a XORXOR b ) b )；/ y/ y等于等于a a与与b b的或非运算的或非运算/ z/ z等于等于a

6、 a与与b b的同或运算的同或运算 这种方式主要采用非结构化的并行语句描述。这种方式主要采用非结构化的并行语句描述。6【例例3.2】将例将例3.1中的数据选择器采用数据流描述。中的数据选择器采用数据流描述。 逻辑表达式：逻辑表达式： y y = = d0d0s s + + d1d1s s 程序清单：程序清单： ENTITYENTITY mux21 mux21 ISIS PORTPORT (d1, d0: (d1, d0: ININ STD_LOGIC STD_LOGIC； s: s: ININ STD_LOGIC STD_LOGIC； y: y: OUTOUT STD_LOGIC ) STD_

7、LOGIC )； ENDEND mux21 mux21； ARCHITECTUREARCHITECTURE dataflow dataflow OFOF mux21 IS mux21 IS SIGNALSIGNAL tmp1, tmp2, tmp3: STD_LOGIC tmp1, tmp2, tmp3: STD_LOGIC； BEGINBEGIN tmp1 tmp1 = d1 = d1 ANDAND s s； tmp2 tmp2 = d0 = d0 ANDAND ( NOT s ) ( NOT s )； tmp3 tmp3 = tmp1 = tmp1 OROR tmp2 tmp2； y y

8、= tmp3= tmp3； ENDEND dataflow dataflow；7 结构描述是从设计实体的内部结构对结构体进结构描述是从设计实体的内部结构对结构体进行描述的，并给出该实体所包含的模块或元件的相行描述的，并给出该实体所包含的模块或元件的相互连接关系。互连接关系。 这种方式主要采用元件例化（这种方式主要采用元件例化（COMPONENTCOMPONENT）的）的形式对设计实体进行描述。可以用不同类型的结构形式对设计实体进行描述。可以用不同类型的结构来实现多层次的工程设计，从简单的门电路到复杂来实现多层次的工程设计，从简单的门电路到复杂的元件来描述整个系统，元件之间的连接通过定义的元件来

9、描述整个系统，元件之间的连接通过定义的端口界面来实现。的端口界面来实现。 3.3 结构体的结构描述结构体的结构描述 8 结构描述建模的步骤如下：结构描述建模的步骤如下： 3.3 结构体的结构描述结构体的结构描述 元件说明：描述局部接口。元件说明：描述局部接口。 元件例化：相对于其他元件放置元件。元件例化：相对于其他元件放置元件。 元件配置：指定元件所有的设计实体。元件配置：指定元件所有的设计实体。 结构描述用于层次化设计，高层次的设计模块结构描述用于层次化设计，高层次的设计模块调用低层次的设计模块，或直接用门电路来构成一调用低层次的设计模块，或直接用门电路来构成一个复杂的逻辑电路。个复杂的逻辑

10、电路。 9【例例3.3】将例将例3.1中的数据选择器采用结构描述。中的数据选择器采用结构描述。 程序清单：程序清单： ENTITYENTITY mux21 ISIS PORTPORT (d1,d0: ININ STD_LOGIC； s: ININ STD_LOGIC； y: OUTOUT STD_LOGIC )； ENDEND mux21； ARCHITECTUREARCHITECTURE structure OFOF mux21 ISIS COMPONENTCOMPONENT and2 PORTPORT (a, b: ININ STD_LOGIC； c: OUTOUT STD_LOGIC )

11、； ENDEND COMPONENTCOMPONENT； COMPONENTCOMPONENT or2 PORTPORT (a, b: ININ STD_LOGIC； c: OUTOUT STD_LOGIC )； ENDEND COMPONENTCOMPONENT；&11 d1 d0 s y aa ab ns U1 U3 U2 U410【例例3.3】将例将例3.1中的数据选择器采用结构描述。中的数据选择器采用结构描述。 程序清单：程序清单：&11 d1 d0 s y aa ab ns U1 U3 U2 U4 COMPONENTCOMPONENT not1 PORTPORT (a

12、: ININ STD_LOGIC； c: OUTOUT STD_LOGIC )； ENDEND COMPONENTCOMPONENT； SIGNALSIGNAL aa, ab, ns: STD_LOGIC； BEGINBEGIN U1: not1 PORT MAPPORT MAP ( s, ns )； U2: and2 PORT MAPPORT MAP ( d1, s, aa )； U3: and2 PORT MAPPORT MAP ( ns, d0, ab )； U4: or2 PORT MAPPORT MAP ( aa, ab, y )； ENDEND structure；11 混合描述就

13、是在结构体中同时使用多种混合描述就是在结构体中同时使用多种不同的描述方式，它可以使描述简单灵活。不同的描述方式，它可以使描述简单灵活。 例如，在同一结构体中，分别使用元件例如，在同一结构体中，分别使用元件例化语句和并行语句，就可以构成由两种描例化语句和并行语句，就可以构成由两种描述方式的混合描述。述方式的混合描述。 3.4 结构体的混合描述结构体的混合描述 12【例例3.4】用混合描述完成半加器的设计。用混合描述完成半加器的设计。 表达式：表达式：sn = an bn cn = anbn 数据流描述数据流描述 结构描述结构描述 程序清单：程序清单： ENTITYENTITY half_adder ISIS PORTPORT (an,bn: ININ STD_LOGIC； sn,cn: OUTOUT STD_LOGIC)； ENDEND half_adder； ARCHITECTURARCHITECTURE mix_