FPGA设计及应用 课件全套 第1-6章 绪论、fpga硬件结构 -包集、元件子程序

FPGA设计及应用2课程内容(1)器件为什么能够编程？了解大规模可编程逻辑器件的结构及工作原理（FPGA、CPLD）怎样对器件编程熟悉一种EDA软件的使用方法（工具）以Intel（Altera）公司的QuartusII为例掌握一种硬件描述语言（方法），以设计软件的方式来设计硬件（重点）以VHDL语言为例仿真工具：Modelsim3

第一章绪论（可编程逻辑器件PLD）第二章FPGA硬件结构第三章VHDL硬件描述语言基础第四章VHDL描述语句第五章有限状态机第六章包集、元件与子程序

第七章

数字系统设计实例课程内容(2)4理论教学（32学时）上机实践（10学时）考核方式平时表现理论笔试（考试）实验操作（上机操作）教材：朱代先、代新冠编著《FPGA设计及应用》(2025年)教学安排5掌握采用硬件描述语言的编写、综合、调试、仿真、下载到实验板的能力，从简单的电路设计入手，到最后能够设计比较复杂的数字电路系统，培养采用EDA设计电路系统的实际动手能力。实验教学目的：

掌握常用EDA工具的基本使用方法，掌握常用数字电路的设计方法与风格（开发环境quarutsII、仿真软件Modelsim使用）。实验室要求（16-108，第4-8周的周五下午56节、78节）

爱护设备、保持安静、潜心实验、整洁卫生实验课要求6AlteraFPGA/CPLD设计（基础篇），王诚等著，人民邮电出版社；AlteraFPGA/CPLD设计（高级篇），王诚等著，人民邮电出版社；杨晖，大规模可编程逻辑器件与数字系统设计，北京航空航天大学出版社；褚振勇，FPGA设计及应用，西安电子科技大学出版社；吴延海等，EDA技术及应用，西安电子科技大学出版社；2013VolneiA著，乔庐峰译，VHDL数字电路设计教程，电子工业出版社。参考书7《数字电路》为基础：学习了数字电路的基本设计方法。《FPGA设计与应用》：面向实际工程应用，紧跟时代技术发展，与时俱进，掌握数字系统新的设计方法。《数字信号处理》：后续课程，应用的一个方面，由FPGA代替DSP来实现算法，提高系统的速度。课程衔接关系布尔函数——数字系统数学基础（卡诺图）数字电路设计的基本方法组合电路设计问题

逻辑关系

真值表

化简逻辑图时序电路设计列出原始状态转移图和表

状态优化

状态分配

触发器选型

求解方程式

逻辑图难题？！数字电路课程回顾数字电路课程回顾使用中、小规模器件设计电路(74、4000系列)编码器（74LS148）译码器（74LS138）比较器（74LS85）计数器（74LS193）移位寄存器（74LS194）………数字电路课程回顾设计方法的局限卡诺图只适用于输入比较少的函数的化简。采用“搭积木”的方法进行设计。必须熟悉各种中小规模芯片的使用方法，从中挑选最合适的器件，缺乏灵活性。设计系统所需要的芯片种类多，且数量很大。数字电路课程回顾采用中小规模器件的局限电路板面积很大，芯片数量很多，功耗很大，可靠性低——需要提高芯片的集成度设计比较困难——能方便地发现设计错误电路修改很麻烦——提供方便的修改手段PLD器件的出现改变了这一切12课程宗旨更新数字电路的设计观念，建立用PLD器件（可编程逻辑器件）取代传统TTL器件设计数字电路的思想；更新数字系统设计手段，学会使用硬件描述语言（Hardware

Description

Language）代替传统的数字电路设计方法来设计数字电路系统。采用借助计算机辅助设计电子系统的方法，常用EDA设计。13EDA技术概述电子设计自动化(ElectronicDesignAutomation，EDA)特征：以计算机作为工作平台；以EDA软件工具为开发环境；以硬件描述语言和电路逻辑图描述为设计输入；以可编程逻辑器件为实验载体；以ASIC、SOC、SOPC嵌入式系统为设计目标；它融合了电子技术、计算机技术、信息处理技术、智能化技术等最新成果而开发的高新技术，是现代电子系统设计、制造不可缺少的技术。20世纪70年代，CAD阶段（自动布线）代替手工操作（SCH——PCB）20世纪80年代，CAE阶段（功能验证）除了CAD阶段的功能，结构设计和工程设计能力20世纪90年代，EDA(电子系统设计自动化)阶段（系统设计与抽象提升）自动化、智能化，由文本到电路的设计EDA发展历程1415EDA基本特征（1）采用行为级综合工具设计抽象层次从RTL提升至系统级，支持从功能行为出发进行设计，提高灵活性和开发效率。采用硬件描述语言（HDL）使用VHDL/Verilog等HDL进行电路描述，实现高抽象层次、结构化的系统设计与表达。“自上而下”设计方法从系统级功能设计逐步细化至物理实现，早期仿真纠错，提高设计成功率。16EDA基本特征（2）设计、仿真和测试于一体

EDA平台集成全流程工具，实现从概念到版图的自动化处理，显著提升设计效率。在系统可编程（ISP）支持器件在板上编程和升级，实现硬件功能动态配置，便于调试和维护。IP复用技术通过软核、固核、硬核复用已有设计模块，缩短开发周期。开放性与标准化基于开放式框架结构，支持多厂商工具协同工作，实现数据共享和流程统一管理。集成电路分类标准集成电路：具通用功能，市场可直接购得，如CPU、存储器、南北桥芯片、绘图芯片及基本逻辑电路（加法器、比较器等），USB接口芯片也属此类。专用集成电路（ASIC）：按用户特定需求专门设计，用于专用场合，提供高定制性、高安全性及高集成度，是系统级芯片（SoC）的基础。定制集成电路（ASIC）实现方式实现方式设计灵活性性能开发成本开发周期适用场景门阵列低较高中等短大批量、成本敏感型产品标准单元高高较高中主流应用，兼顾性能与成本全定制极高最高极高长极致性能、超低功耗场景硬件描述语言（HDL）特点专用描述语言：用于形式化描述数字电路与系统的结构、功能和行为。高层次抽象：支持行为级与系统级建模，提升设计效率，降低底层细节负担。主流语言：VHDL与VerilogHDL为目前最广泛使用的两种硬件描述语言。多层级设计支持：覆盖从系统架构、行为描述，到门级实现和物理布线的全流程设计。辅助设计与验证：支持仿真测试、逻辑综合、优化和布局布线，是现代EDA流程的核心基础。硬件描述语言HDL

VHDLVerilogHDLABELAHDLSystemVerilogSystemC

英文全名是VHSIC(VeryHighSpeedIntegratedCircuit)HardwareDescriptionLanguage，现在公布的最新VHDL标准版本是IEEE1076-2019专家认为，在二十一世纪中，VHDL与Verilog语言将承担起几乎全部的数字系统设计任务。VHDL语言起源(1980s)：由美国国防部VHSIC项目推动产生，旨在满足超高速集成电路的设计需求，最初用于描述电子系统结构与功能。标准化与演进：1987：成为首个IEEE标准（1076-1987），确立基本语法与框架。1993：VHDL-1993引入新命令与属性，增强表达能力。2008：VHDL-2008大幅扩展，改进类属、增加标准包，提升现代化与灵活性。2019：VHDL-2019进一步完善，支持函数重载、增强类属等新特性。VHDL应用与优势应用定位：用于详细描述数字系统的结构、行为、功能及接口，语言形式类似高级编程语言，兼具硬件专用语句。语言优势应用广泛：支持从集成电路到嵌入式、通信系统等多层次、多领域设计。可读性强：代码易于人员理解和维护，有利团队协作与长期迭代。高度可移植：代码可在不同FPGA/ASIC平台复用，方便迁移与验证。长生命周期：描述与工艺无关，不受制造技术迭代影响。支持大规模设计：提供模块化分解与设计重用机制，提升开发效率。工业标准化：作为IEEE标准，获学术界与工业界广泛认可和支持。VerilogHDL特点与发展语言特点：编程风格近似C语言，易于学习和使用。推出早于VHDL，应用领域广泛，与VHDL一样，在市场占有率相当。语言优势1983年：由PhilMoorby首次推出。1984-1985年：开发Verilog-XL仿真器，奠定门级仿真基础。1989年：被Cadence收购，后成立OVI推动其开放发展。1995年：成为IEEE1364标准，步入开放化、标准化阶段。2005年：发布IEEE1364-2005，新增Verilog-AMS，支持模拟与混合信号建模。FPGA开发的主要功能模块设计输入编辑器支持通过硬件描述语言（HDL）、原理图或IP核进行设计输入，是设计流程的起点。综合器将高级设计描述（如HDL）转换为底层门级网表，并进行逻辑优化，以提高电路性能与面积效率。仿真器

用于验证设计功能的正确性和时序性能，可在制造前及时发现并修正错误。适配器（布局布线）将优化后的网表映射到具体的目标器件（如FPGA、ASIC），完成物理布局与信号连接。下载器将最终生成的文件（.pof、.sof）烧录至目标可编程逻辑器件中，完成硬件实现。PLD生产大厂intel最大的PLD供应商之一AMDFPGA的发明者，最大的PLD供应商之一ISP技术的发明者提供军品及宇航级产品常用EDA开发工具软件厂商EDA软件名称备注AlteraMAX+plusII2003年停止更新QuartusII2015年15.1版本后更名为QuartusPrimeQuartusPrime已发布的最新版本为23.4XilinxISE2012年停止更新vivado2012年发布LatticeDiamond目前最新Diamond3.11SP2ispLEVERClassic--ActelActeldesigner--Vivado概述一体化设计流程：覆盖HLS至调试全流程，支持多抽象层次设计可视化设计环境：图形化界面，支持模块拖放与连接，集成分析优化工具高级综合（HLS）：C/C++/SystemC转RTL，加速算法与DSP开发综合与实现：RTL综合→比特流生成，完成布局布线及时序分析调试与验证功能：集成逻辑/时序分析、硬件调试与仿真IP集成与复用：提供丰富可重用IP核，快速构建系统嵌入式系统支持：全面支持ZynqSoC，实现软硬件协同设计由Xilinx（现属AMD）推出的集成化开发环境，专用于FPGA和SoC的设计、验证与实现，致力于高效应对现代数字系统设计的复杂需求。QuartusⅡ主要特点设计输入与编辑：支持HDL编码（Verilog/VHDL）、原理图输入及硬件抽象设计，提供灵活编辑与管理功能。综合与优化：将高级设计转化为底层逻辑电路，完成逻辑综合、技术映射与优化，满足FPGA资源与性能要求。布局与布线：实现逻辑元件放置与物理连接，优化信号延迟、时序约束与资源利用率。时序分析与约束：提供时序分析工具，支持约束设置与优化，确保设计满足时序要求。仿真与调试：集成ModelSim仿真工具，支持设计验证与调试，提高电路可靠性。配置与下载：生成配置文件，实现比特流下载至FPGA，完成硬件执行。FPGA设计流程设计输入：采用原理图、HDL或IP核方式描述电路设计。综合：将设计转换为低层次逻辑网表，并进行优化。布局布线：映射到具体器件，进行位置布局与信号连接。编程配置：生成并下载配置文件至FPGA/CPLD。仿真：包括功能仿真（验证逻辑）和时序仿真（分析实际性能）。FPGA设计流程—1.设计输入三种常见形式：输入方式实现形式适用场景主要优点主要缺点原理图输入图形化绘制电路结构简单电路直观易于仿真和调试修改麻烦不易扩展HDL输入文本描述（VHDL/Verilog）各种规模电路灵活性强支持复杂系统需掌握硬件描述语言IP核输入复用预验证功能模块功能模块快速集成提高开发效率降低风险功能定制性较低FPGA设计流程—2.综合（a）软件语言设计目标流程（b）硬件语言设计目标流程目的：将高层次设计描述自动转换为低层次硬件实现步骤：行为综合：将系统级行为描述转换为RTL级（寄存器传输级）设计。逻辑综合：将RTL描述转换为逻辑门级网表，并进行优化以满足性能与面积要求。版图/结构综合：将门级网表进一步映射为物理版图（ASIC）或PLD配置网表（FPGA/CPLD）。FPGA设计流程—3.布局布线目的：将综合后的逻辑网表映射到目标芯片并生成可下载文件步骤：逻辑映射：将网表划分为适合目标器件资源的逻辑块，并在速度与面积之间进行优化权衡。布局(Placement)：将划分后的逻辑块安置在芯片内的具体物理位置，为信号连接做好准备。布线(Routing)：利用芯片布线资源完成功能块间及反馈信号的物理连接。

注：由于布局布线与芯片的物理结构直接相关，因此一般选择芯片制造商提供的开发工具进行布线布局工作。FPGA设计流程—4.编程配置是将设计实现于可编程器件的最终步骤，实现设计硬件功能的关键环节生成编程文件：通过综合与实现产生包含逻辑功能及布局信息的配置文件。下载至硬件：将编程文件下载到目标PLD器件中，完成硬件电路的配置。工艺与术语区分：编程(Programming)：针对基于EEPROM工艺的非易失性PLD器件（如CPLD）配置(Configure)：针对基于SRAM工艺的易失性PLD器件（如FPGA）FPGA设计流程—5.仿真功能仿真阶段：设计输入后，综合与布局布线前目的：验证逻辑功能正确性方法：通过波形观察与报告分析快速排查逻辑错误验证和性能分析时序仿真阶段：布局布线后目的：分析时序性能，评估真实器件行为方法：利用延时网表检测路径延时、竞争冒险等问题迭代：若性能不满足需返回修改约束或重新综合布线课后作业现代EDA技术的特点有哪些？什么是电子设计自动化？传统数字系统设计方法与EDA设计方法有什么区别？什么是“自上而下”的设计方式？什么是硬件描述语言？它与计算机高级语言有什么不同？什么是综合？常用的综合工具有哪些？thanks！FPGA设计及应用西安科技大学通信与信息工程学院PLD出现的背景电路集成度不断提高SSIMSILSIVLSI计算机技术的发展使EDA技术得到广泛应用设计方法的发展自下而上自上而下（TOP-DOWN）用户需要设计自己需要的专用电路专用集成电路（ASIC－ApplicationSpecificIntegratedCircuits）开发周期长，投入大，风险大,专业性强可编程器件PLD：开发周期短，投入小，风险小PLD发展历程熔丝编程的PROM和PLA器件

AMD公司推出PAL器件

GAL器件

FPGA器件

EPLD器件

ISPCPLD器件

内嵌复杂功能模块的SoPC20世纪70年代

20世纪70年代末

20世纪80年代初

20世纪80年代中期

20世纪80年代末

20世纪90年代后

PLD的发展趋势向高集成度、高速度方向进一步发展最高集成度已达到数亿门向低电压和低功耗方向发展5V3.3V2.5V1.8V1.2V1.0更低内嵌多种功能模块RAM，ROM，FIFO，DSP，CPU向数、模混合可编程方向发展PLD器件的优点高集成与高性能可在单芯片实现复杂系统，极大减小电路面积，降低功耗，提高可靠性具有完善先进的开发工具提供包括综合、布局布线及仿真在内的完整EDA工具链提供语言、图形等设计方法，十分灵活可重构性可通过更新配置文件实时修改设计，大幅降低开发成本与周期设计灵活性强支持通过硬件描述语言或图形工具自定义逻辑功能，不受硬件固定结构限制IP核心库丰富保密性强灵活地定义管脚功能，减轻设计工作量，缩短系统开发时间管脚数目：208个电源：3.3V（I/O）2.5V（内核）速度250MHz内部资源4992个逻辑单元10万个逻辑门49152bit的RAM

PLD分类－－器件结构基于与或阵列结构的器件－－阵列型PROM，EEPROM，PAL，GAL，CPLDCPLD的代表芯片如：Altera的MAX系列基于查表的结构的器件－－单元型FPGA

PLD分类－－互连结构确定型互连特性：采用固定的互连结构，每次实现相同功能的布线路径一致。延时特性：可预测主要特点：延时稳定，可预先获取准确的时序信息。统计型互连特性：布线算法每次可能生成不同的物理路径，但实现的逻辑功能相同。延时特性：不可预测主要特点：每次布局布线后延时可能发生变化，无法事先确切预知。

PLD器件的分类－－编程工艺熔丝或反熔丝编程器件－－Actel的FPGA器件体积小，集成度高，速度高，易加密，抗干扰，耐高温只能一次编程，在设计初期阶段不灵活SRAM－－大多数公司的FPGA器件可反复编程，实现系统功能的动态重构每次上电需重新下载，实际应用时需外挂EEPROM用于保存程序EPROM、EEPROM－－大多数CPLD器件可反复编程，断电程序不丢失上电即用，设计简单，成本较低；逻辑容量小，电路单元面积大，擦写速度较慢。Flash-Based－－部分FPGA和复杂的CPLD可反复编程，断电程序不丢失继承了EEPROM所有优点；单元面积小，集成度和逻辑容量高，可靠性高；重编程次数有限，顶级性能不及SRAM型FPGA

PLD器件的分类－－集成度（1）低密度PROM,EPROM,EEPROM,PAL,PLA,GAL只能完成较小规模的逻辑电路高密度，已经有超过数亿门(Logic)的器件EPLD,CPLD,FPGA可用于设计大规模数字系统，集成度高，甚至可以做到SOC（SystemOnaChip）

PLD器件的分类－－集成度（2）可编程逻辑器件（PLD）简单PLD复杂PLDPROMPLAGALPALEPLDFPGACPLD

发展趋势高密度、高速度、宽频带、高保密性低电压、低功耗、低成本、低价格IP软核/硬核复用、系统集成模数混合可编程方向系统可重构FPGA/CPLD器件在多领域应用PLD硬件结构PLD的逻辑符号表示方法PLD的逻辑符号表示方法(a)与门(b)或门(c)输出恒等于0的与门及其简化表示形式；(d)中与门的所有输入均不接通，保持“悬浮”的1状态；(e)为具有互补输出的输入缓冲器；(f)为三态输出缓冲器。PROM基本结构PROM结构与阵列为全译码阵列，器件的规模将随着输入信号数量n的增加成2n指数级增长。因此PROM一般只用于数据存储器，不适于实现逻辑函数。EPROM和EEPROMPLA阵列结构实现的函数为：固定连接点（与）编程连接点（或）CPLD硬件结构复杂可编程逻辑器件是一类采用EEPROM工艺和乘积项技术的可编程逻辑器件。相较于其他可编程逻辑器件（如FPGA），通常用于实现中小规模的组合逻辑电路和需要固定延迟的时序逻辑电路功能。CPLD（ComplexProgramableLogicDevice）复杂的可编程逻辑器件

乘积项原理核心结构：输入电路：缓冲器生成互补输入信号。与阵列：可编程连接，生成输入的乘积项（与运算）。或阵列：可编程连接乘积项，实现求和项（或运算）。输出电路：组合输出：经三态门直接输出。时序输出：通过寄存器缓存后输出。反馈设计：输出可反馈至与阵列输入，增强设计灵活性。优势：抽象层级高：无需关注底层物理连接，通过编程快速实现逻辑功能。灵活性强：支持组合及时序逻辑，适配多样化数字电路设计需求。作用：通过可编程的与阵列和或阵列实现组合逻辑功能，结合存储单元构成时序逻辑。宏单元内部结构乘积项逻辑阵列乘积项选择矩阵可编程触发器CPLD通用结构构成:可编程逻辑块（MC）可编程连线（PIA）可编程I/O单元工艺:EPROMEEPROMFlashCPLD硬件结构(MAX7000S系列为例)逻辑阵列模块I/O单元连线资源逻辑阵列模块中包含多个宏单元可编程逻辑块MC作用：CPLD的核心逻辑单元，通过配置可实现组合或时序逻辑功能。基本结构：逻辑组成与或阵列：实现组合逻辑功能可编程触发器：实现时序逻辑功能扩展乘积项：提供共享和并行扩展能力触发器工作模式D/T/TK/SR触发器：可配置为多种触发器类型寄存器旁路：支持纯组合逻辑工作模式可编程逻辑块MC3.时钟输入模式模式特点性能全局时钟直接模式全局时钟直连时钟端最快的时钟到输出性能全局时钟使能模式使用全局时钟+时钟使能信号输出速度较快乘积项时钟模式由内部逻辑或I/O信号控制时钟输出速度较慢可编程逻辑块MC(MAX7000系列为例)可编程连线阵列在各个逻辑宏单元之间以及逻辑宏单元与I/O单元之间提供信号连接的网络CPLD中一般采用固定长度的线段来进行连接，因此信号传输的延时是固定的，使得时间性能容易预测。可编程的I/O单元能兼容TTL和CMOS多种接口和电压标准可配置为输入、输出、双向、集电极开路和三态等形式能提供适当的驱动电流降低功耗，防止过冲和减少电源噪声支持多种接口电压（降低功耗）1.2～0.5um,5V0.35um,3.3V0.25um,internal2.5V,I/O3.3V0.18um,internal1.8V,I/O2.5Vand3.3V90nm,internal1.2V,I/O1.8Vand2.5VFPGA的查找表（LUT）的基本原理(1)实际逻辑电路LUT的实现方式

a,b,c,d输入逻辑输出地址RAM中存储的内容00000000000001000010....0...01111111111N个输入的逻辑函数需要2的N次方的容量的SRAM来实现，一般多个输入的查找表采用多个逻辑块级连的方式.查找表的基本原理(2)N个输入的逻辑函数需要2的N次方的容量的SRAM来实现，一般多输入的查找表采用多个逻辑块级连的方式FPGA结构原理内部结构LCA(LogicCellArray),核心功能单元可编程逻辑块（CLB）可编程输入/输出单元（IOB）可编程内部连线资源(IR)辅助功能模块数字时钟管理模块(DCM)嵌入式块RAM(BRAM)内嵌专用硬核FPGA（FieldProgrammableGateArray），现场可编程门阵列。逻辑单元阵列核心功能单元CLB核心结构可配置开关矩阵触发器高灵活度的架构功能特点支持组合逻辑与时序逻辑可配置为分布式RAM/ROM支持移位寄存器功能处理复杂逻辑运算核心功能单元IOB作用：FPGA与外部电路之间的可编程接口单元，负责信号的驱动、匹配与电气特性适配。核心特性分组管理：按Bank分组，不同Bank支持不同电压。电气灵活适配：支持多种I/O标准，可调整驱动电流、上下拉电阻及信号延时。信号驱动与匹配：确保内部逻辑与外部电路之间的可靠信号传输。核心功能单元IR作用：功能单元互联：连接CLB之间、CLB与IOB之间的信号通路，构成复杂系统。可编程布线结构：通过带可编程开关的金属线段（单/双长线）实现灵活电路连接。布线方式：单长线：贯穿相邻CLB的垂直/水平线段，提供快速局部互连。全局布线：通过开关矩阵实现任意单元间的灵活连接。辅助功能模块嵌入式块RAM（BRAM）功能：提供大容量片上存储，可配置为单/双端口RAM、CAM、FIFO等存储结构。特点：CAM（内容地址存储器）：支持并行数据匹配与地址返回，适用于高速查找场景（如路由交换）。灵活性：除BRAM外，LUT也可配置为RAM/ROM/FIFO。数字时钟管理模块（DCM）功能：提供高精度时钟管理，支持时钟频率合成、抖动滤除及相位调整。特点：相位环路锁定：生成低抖动、高稳定的时钟信号。抗抖动能力：提升时序电路可靠性。FPGA演进（Cyclone系列）系列推出时间主要特点与应用Cyclone2003年首款低成本FPGA，成功应用于通信、计算机外设及汽车行业中低端产品。CycloneⅡ2005年规模达Cyclone的3倍，增加硬DSP块，提供硬件乘法器，支持多种外部存储器接口和I/O协议。CycloneⅢ2007年采用低功耗工艺，逻辑单元达20万，静态功耗低，适用于通信设备、消费类手持产品。CycloneⅣ2008年提供带收发器的选项，支持更大带宽，适用于大规模应用。CycloneⅤ2011年实现最低系统成本与功耗，提供集成收发器版本和SoCFPGA版本。Cyclone102017年针对机器视觉、视频连接等高性能应用优化，同时注重低功耗与低成本设计。CycloneⅤSoCFPGA异构架构HPS(硬核处理器系统)：双核

ARMCortex-A9以太网控制器串行接口控制器Flash控制器DMA控制器SDRAM控制器及计时器等FPGA部分可编程逻辑资源（自适应逻辑模块ALM）嵌入式存储器分布式存储器及数字信号处理模块CycloneⅤSoCFPGA结构组成自适应逻辑模块嵌入式存储器块可调精度DSP模块PLL时钟资源I/O单元CycloneⅤSoCFPGA1.自适应逻辑模块3）ALM的功能与配置灵活性逻辑功能支持组合逻辑（寄存器旁路）时序逻辑（寄存器存储状态）分布式RAM/ROM配置控制信号驱动时钟/清零信号多源驱动（全局信号、GPIO、内部逻辑）时钟使能灵活生成，支持低功耗管理2）输出与互联能力多级布线驱动本地、行、列布线资源支持LUT、加法器、寄存器独立输出直连路由优化减少行列互连使用，提升性能支持相邻LAB、存储器、DSP模块直接互联1）基本组成1组LUT查找表.4个可编程寄存器.2个全加器10个ALM组成1个逻辑阵列块（LAB）CycloneⅤSoCFPGA1.自适应逻辑模块5）系统级集成与性能优势LAB级控制专用时钟控制逻辑（2时钟源+3使能信号）支持多时钟域管理性能特点高逻辑密度（封装与反馈技术）低延迟互联（直连路由主导）灵活时序控制（全局到局部时钟覆盖）4）资源优化技术寄存器封装无关寄存器与组合逻辑封装至同一ALM，提高利用率反馈机制寄存器输出反馈至同一ALM的LUT，优化扇出逻辑CycloneⅤSoCFPGACycloneⅤ系列的ALM结构

CycloneⅤ系列的LAB结构2.嵌入式存储器块特性M10K存储器块MLAB存储器块容量10Kb专用块640位（由ALM配置而成）结构特点专用存储器资源提供大量独立端口由10个ALM组成，可配置为10个简单双端口SRAM块适用场景较大的存储器阵列DSP应用中的移位寄存器、FIFO缓冲区和滤波器延迟线灵活性适用于通用大容量存储需求针对DSP功能高度优化CycloneⅤSoCFPGACycloneⅤSoCFPGA3.可调精度DSP模块高性能乘法运算支持

9/18/27位

字长，内置双复杂乘法单元，实现高效乘法操作。灵活算术功能集成加法、减法及双64位累加单元，可高效处理乘法结果整合。时域滤波优化支持

19/27位级联操作，构建时域滞后线；提供64位级联输出总线，无需外部逻辑即可传递结果；支持硬件预加器，特别适用于对称滤波器设计。滤波器实现支持内置系数寄存器库，简化滤波器实现支持18/27位有源FIR滤波器，具备分布式输出加法器4.PLL时钟资源CycloneⅤSoCFPGA时钟网络类型覆盖范围特性主要用途全局时钟(GCLK)整个芯片低偏斜、高一致性为ALM、DSP、存储器等核心功能模块提供全局时钟基准区域时钟(RCLK)单个区域最低延迟和偏移为特定区域内的逻辑提供精确的时序控制外设时钟(PCLK)水平方向高灵活性、较高偏移驱动收发器接口、水平I/O及内部逻辑的通用时钟路由CycloneⅤSoCFPGA特性类别核心功能与支持可编程配置可编程总线保持、上拉电阻、输出电流强度、摆率控制、开漏输出差分信号支持支持LVDS、RSDS、mini-LVDS，具备可编程输出电压差分及预加重单端I/O标准支持LVCMOS、HSTL、HSUL、SSTL等多种标准片上终端支持串行/并行/差分终端，带或不带校准功能高速接口集成SERDES（串行器/解串器），支持高速差分I/O时序控制硬件直接读取FIFO地址，内置可编程延时锁相环链，增强时序收敛能力5.I/O单元主流FPGA/CPLD厂商网址altera

（现属Intel）最大的PLD供应商之一xilinx

（现属AMD）FPGA的发明者，最大的PLD供应商之一latticesemiISP技术的发明者actel提供军品及宇航级产品PLD选取方式考量维度说明与建议供应商与开发工具首选主流厂商，工具链成熟、生态完善、技术支持强。电气接口标准确保器件支持设计所需的多种I/O标准（如LVDS、PCIe等），以满足复杂系统的互联需求。硬件资源综合评估逻辑、存储、DSP、PLL等资源是否满足设计需求。注意布线资源不足可能导致性能下降或设计失败。封装类型-

QFP：引脚可见，焊接调试方便，成本较低，适用于中低速场景。

-

BGA/FBGA：引脚密度高，适用于高速设计，但PCB布线复杂、成本高，需权衡选择。器件速度满足性能前提下优先选择低速型号，以降低信号完整性风险，避免过度设计。成本关注新型器件性价比和供货稳定性。环境适应性根据特殊场景选择特殊器件，确保指标达标。FPGA与CPLD的区别FPGA(现场可编程门阵列)CPLD(复杂可编程逻辑器件)内部结构基于查找表(LUT)结构，由大量可配置逻辑块(CLB)、分布式存储器和丰富的布线资源组成.细粒度架构。基于乘积项（Product-Term）结构，由多个可编程逻辑宏单元(MC)组成。粗粒度架构。程序存储绝大多数基于SRAM。系统掉电后，数据丢失（易失性）。绝大多数基于EEPROM或Flash。系统掉电后，数据不会丢失（非易失性）。配置方式需外挂配置芯片（如FLASH）。系统每次上电自动加载数据。无需外挂配置芯片，配置信息集成在片内。资源类型倾向触发器/寄存器资源丰富，非常适于实现时序逻辑。组合电路资源丰富（与或阵列），非常适于实现大规模组合逻辑。集成度与逻辑容量高。可实现万门至千万门级的超大规模电路设计。低。通常用于千门至万门级的中小规模逻辑设计。FPGA(现场可编程门阵列)CPLD(复杂可编程逻辑器件)布线结构分布式、分段式布线资源。布线延迟不可预测，与布局布线结果相关。全局集中式的连续互连矩阵。布线延迟固定且可预测（Pin-to-Pin延迟）。功耗相对较高。静态功耗和动态功耗都可能很高，尤其是在大规模设计和高时钟频率下。非常低。特别是静态功耗，因其非易失特性，待机时功耗极低。性能与速度绝对峰值速度可以很高，擅长并行处理和复杂算法。但信号延迟不确定。速度较低，但输入到输出引脚(PIN-to-PIN)的延迟固定且极短，确定性高。启动方式有启动时间（从外部加载程序），无法真正做到“上电即行”。上电立即工作，无任何启动延迟。FPGA与CPLD的区别FPGA(现场可编程门阵列)CPLD(复杂可编程逻辑器件)应用场景复杂算法、数字信号处理(DSP)、高速接口(PCIe,Ethernet)、协议处理、ASIC原型验证、大规模逻辑集成。地址解码、总线桥接、简单状态机、时钟控制、上电时序管理、胶合逻辑(GlueLogic)

集成。编程与调试需要复杂的EDA工具（综合、布局布线）。支持系统内编程(ISP)和动态重配置。开发工具相对简单，编译速度快。支持系统内编程(ISP)。其他资源通常包含嵌入式存储器块(BRAM)、锁相环(PLL)、DSP硬核等丰富专用资源。通常缺乏大型专用存储块或锁相环等复杂资源。保密性基于SRAM的FPGA保密性一般，配置比特流可能被截获。需通过加密等手段增强。保密性好，编程信息固化在芯片内部，难以读取。FPGA与CPLD的区别课后作业简要说明PLD器件的种类与分类方法。FPGA和CPLD器件在结构上有什么明显的区别？各有什么特点？概述FPGA器件的优点及主要应用场合。FPGA的英文全称是什么？结构主要由哪几部分组成？作用分别是什么？简述基于乘积项的可编程逻辑器件的结构特点。基于查找表的可编程逻辑器件结构的原理是什么？基于查找表和基于乘积项的可编程逻辑器件结构各有什么优点？在FPGA和CPLD的应用开发中应考虑哪些因素？thanks！FPGA设计及应用西安科技大学通信与信息工程学院VHDL硬件描述语言基础

VHDL代码结构与要素

VHDL数据对象

VHDL数据类型

VHDL操作符

VHDL预定义属性

VHDL词法规则一个完整的VHDL设计实例LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

ENTITYmux21aIS

PORT(a,b:INBIT;s:INBIT;y:OUTBIT);END

ENTITYmux21a;ARCHITECTUREoneOFmux21aIS

BEGINy<=aWHENs='0'ELSEb;ENDARCHITECTUREone;实体结构体2选1多路选择器的VHDL描述程序包

VHDL结构与要素VHDL代码的完整结构

VHDL结构与要素

VHDL基本结构

一个相对完整的VHDL程序(或称为设计实体)具有如下图所示的比较固定的结构，即至少应包括三个基本组成部分：

库、程序包使用说明；实体说明；与实体对应的结构体说明；配置说明*

VHDL结构与要素库(Library)

专门存放预编译程序包的地方；包集合(Package)存放各个设计模块共享的数据类型、常数和子程序等；实体(Entity)

用于描述所设计的系统的外部接口信号或引脚；

构造体(Architecture)用于描述系统内部的结构和行为；建立输入和输出之间的时序逻辑关系；

配置(Configuration)安装具体元件到实体—结构体对，可以被看作是设计的零件清单；

VHDL结构与要素库声明库（library）和包的建立和使用有利于设计的重用和代码共享，同时可以使代码结构更加清晰。库的种类

IEEE库；

STD库；

WORK库；VITAL;用户自定义库；

VHDL结构与要素程序包分为包头和包体两部分包头格式:PACKAGE程序包名IS[包头说明语句]END程序包名;调用程序包的通用格式如下:USE库名.程序包名.ALL;LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;包体格式:PACKAGEBODY程序包名IS[包体说明语句]END程序包名;

VHDL结构与要素实体说明单元的常用语句结构如下：ENTITY

实体名

IS[GENERIC(类属表)；][PORT(端口表)；]

END[ENTITY][实体名]；实体语句结构

VHDL结构与要素

类属(GENERIC)说明语句

类属(GENERIC)参量是一种端口界面常数，常以一种说明的形式放在实体或块结构体前的说明部分，说明内部电路结构和规模。

类属说明的一般书写格式如下：

GENERIC([常数名1:数据类型:=设定值1]；

[常数名n:数据类型n:=设定值n])；

VHDL结构与要素【例】ENTITYMCKIS

GENERIC(WIDTH：INTEGER:=16)；--类属说明

PORT(ADD_BUS：OUT

--端口说明STD_LOGIC_VECTOR(WIDTH-1DOWNTO0)；)；END

ENTITYMCK;在这里，GENERIC语句对实体MCK的作为地址总线的端口ADD_BUS的数据类型和宽度作了定义，即定义ADD_BUS为一个16位的位矢量。

VHDL结构与要素

由PORT引导的端口说明语句是对于一个设计实体界面的说明。实体端口说明的一般书写格式如下：

PORT(端口名1：端口模式1数据类型1；

[端口名n：端口模式n数据类型n])；

PORT端口说明

VHDL结构与要素端口模式端口模式说明（以设计实体为主体）IN输入，只读模式，将变量或信号信息通过该端口读入。OUT输出，单向赋值模式，将信号通过该端口输出。BUFFER具有读功能的输出模式，可以读或写，只能有一个驱动源。INOUT双向，可以通过该端口读入或写出信息。端口模式:IEEE1076标准包中定义了四种常用的端口模式，各端口模式的功能及符号分别见表

VHDL结构与要素【例】全加器端口full_adder的VHDL的描述：ENTITYfull_adderISPORT(a,b,c:INBIT;sum,carry:OUTBIT);ENDENTITYfull_adder;上述示例表示全加器有三个输入端口a、b、c，两个输出端口sum、carry，数字类型均为BIT型。

VHDL结构与要素【例】2输入与门的实体描述。LIBRARYIEEE;

USEIEEE.STD_LOGIC.1164.ALL;

ENTITYAND2IS

GENERIC(RISEW：TIME:=1ns；

FALLW：TIME:=1ns)；

PORT(A1：INSTD_LOGIC；A0：INSTD_LOGIC；Z0：OUTSTD_LOGIC)；

ENDENTITYAND2；

VHDL结构与要素【例】2n计数器实体描述

entitycounter_nis

generic(n:integer:=4);

port(data:instd_logic_vector(n

-1

downto0); clk,rst:instd_logic; q:outstd_logic_vector(n-1

downto0));

endcounter_n;

VHDL结构与要素LIBRARYieee;

USEieee.std_logic_1164.ALL;

USEieee.std_logic_unsigned.ALL;

ENTITYm60IS

PORT

(clk:INstd_logic;

clear:INstd_logic;

qh:bufferstd_logic_vector(3downto0);

ql:bufferstd_logic_vector(3downto0)

);

ENDm60;

【例】

VHDL结构与要素

VHDL结构与要素entitycounter_nis

generic(n:integer:=4);

port(data:instd_logic_vector(n-1downto0);clk,rst:instd_logic; q:outstd_logic_vector(n-1downto0));--不可缺少endcounter_n;Testbench代码：entityTestBenchis

--tb代码实体内部为空EndTestBench;

VHDL结构与要素EITITY设计时注意点实体名与文件名要一样文件存放位置取名要规范(实体名、端口信号名)合理确定设计所需的端口信号

VHDL结构与要素ARCHITECTURE的基本结构构造体用于描述系统内部的结构和行为构造体是实体的一个重要部分，每一个实体都有一个或一个以上的结构体。完整的结构体由两个基本层次组成：

对数据类型、常数、信号、子程序和元件等元素的说明部分；描述实体逻辑行为的，以各种不同的描述风格表达的功能描述语句。

VHDL结构与要素

VHDL结构与要素结构体的一般语句格式ARCHITECTURE结构体名

OF实体名

IS

[说明语句;]BEGIN

[功能描述语句;]END[ARCHITECTURE][结构体名]；

VHDL结构与要素

结构体说明语句结构体中的说明语句是对结构体的功能描述语句中说明的语句：信号(SIGNAL)常数(CONSTANT)数据类型(TYPE)元件(COMPONENT)函数(FUNCTION)、过程(PROCEDURE)等

VHDL结构与要素功能描述语句功能描述语句结构可以含有五种不同类型的、以并行方式工作的语句结构

每一语句结构的内部可能含有并行运行的逻辑描述语句（如BLOCK结构内部语句）或顺序运行的逻辑描述语句（如PROCESS结构内部语句）。

VHDL结构与要素各语句结构的基本组成和功能分别是：块语句由一系列并行执行语句构成的组合体，它的功能是将结构体中的并行语句组成一个或多个模块。

进程语句定义顺序语句模块，用以将从外部获得的信号值，或内部的运算数据向其他的信号进行赋值。

VHDL结构与要素

信号赋值语句将设计实体内的处理结果向定义的信号或界面端口进行赋值。子程序调用语句用于调用一个已设计好的子程序。元件例化语句对其他的设计实体作元件调用说明，并将此元件的端口与其他的元件、信号或高层次实体的界面端口进行连接。

VHDL结构与要素【例】多路选择器VHDL描述方式。ENTITYmuxIS

PORT(a,

b:

INBIT;s:

INBIT;q:

OUTBIT);ENDENTITYmux;ARCHITECTUREbehaveOFmuxISBEGIN

q<=(aAND(NOTs))OR(bANDs);ENDARCHITECTUREbehave;实体mux含输入a、b、s和输出q。结构体behave用逻辑式q=(NOTsANDa)OR(sANDb)实现2选1多路选择器：s=0时q=a，s=1时q=b。

VHDL结构与要素

配置语句用于在多构造体中的实体中选择构造体，配置语句格式：CONFIGURATION配置名

OF实体名

IS

[说明语句]END配置名；例如，在做RS触发器的实体中使用了两个构造体，目的是研究各个构造体描述的RS触发器的行为性能如何，但是究竟在仿真中使用哪一个构造体的问题就是配置问题。例：最简单的配置CONFIGURATION

配置名OF

实体名IS

FOR

被选构造体名

ENDFOR；END配置名；

两个构造体,可以用配置语句进行设置：CONFIGRATIONrsconOFrsIS

--选择构造体FORrsff1END

FOR;ENDrscon;

ENTITYrsISPORT(set,reset:INBIT;q,qb:BUFFERBIT);ENDrs;ARCHITECTURErsff1OFrsISCOMPONENTnand2PORT(a,b:INBIT;

c:OUTBIT);ENDCOMPONENT;BEGIN

U1:nand2PORTMAP(a=>set,b=>qb,c=>q)

U2:nand2PORTMAP(a=>reset,b=>q,c=>qb)ENDrsff1;

ARCHITECTURErsff2OFrsISBEGIN

q<=NOT(qbANDset);qb<=NOT(qANDreset);ENDrsff2例1带有异步复位端的D触发器—纯时序逻辑功能描述：rst=‘1’时，输出q置低电平；否则，时钟信号上升沿时输入的值传递给输出q；注意：时序电路电路随着时钟节拍一步一步地顺序工作顺序执行的代码例题

LIBRARYieee;

USEieee.std_logic_1164.all;

ENTITYdffIS

PORT(d,clk,rst:INSTD_LOGIC;q:OUTSTD_LOGIC);

ENDdff;

ARCHITECTUREbehaviorOFdffIS

BEGIN

PROCESS(rst,clk)

BEGIN

IF(rst=‘1’)THENq<=‘0’;

ELSIF(clk’EVENTANDclk=‘1’)THENq<=d;

ENDIF;

ENDPROCESS;

ENDbehavior;注意：VHDL不区分大小写！例2D触发器+与非门---组合逻辑与时序逻辑相结合的电路功能描述：无复位端rst；时钟信号上升沿时aNANDb的结果传递给输出q；LIBRARYieee;USEieee.std_logic_1164.all;ENTITYdffnandIS

PORT(a,b,clk:INSTD_LOGIC;q:OUTSTD_LOGIC);ENDdffnand;ARCHITECTUREbhvOFdffnandIS

BEGINq<=(anandb)WHEN

clk'eventandclk='1';ENDbhv;

VHDL词法规则VHDL的语言要素，作为硬件描述语言的基本结构元素，主要有：

VHDL文字（包括VHDL标识符）数据对象数据类型各类操作数及运算操作符

而这些基本元素都是由VHDL文字组成，而VHDL文字主要包括词法构成（注释，数字，字符（串），下标）和标识符。数字型文字（1）整数文字。整数文字都是十进制的数。例如：2，5，624，135E2（=13500），25_768_12（=2576812）数字之间的下画线是为了提高文字的可读性，没有任何逻辑运算意义，相当于一个间隔符，不影响文字本身的数值。

VHDL词法规则（2）实数文字。实数文字也都是十进制的数，但必须带有小数点。例如：168.49，26.92，58_2.389（=582.389），2.0，61.3E-2（0.613）（3）物理量文字。例如：110m（110米），30s（30秒），3.3V（3.3伏）需要注意的是，VHDL综合器是不接受此类文字的，只能用于仿真。

VHDL词法规则（4）以数制基数表示的文字：以数制基数表示的文字由五个部分组成，可以表示如下：

基数#基于该基数的整数#E指数其中，第一部分是用十进制数标明数制进位的基数；第二部分是数制隔离符号“#”；第三部分是表达的文字，可以为整数，也可以为实数；第四部分是指数隔离符号“#”；第五部分用字符“E”加十进制表示的指数部分，这一部分的数如果是0，则可以省略不写

VHDL词法规则

基数#基于该基数的整数#E指数例如：SIGNALV1,V2,V3,V4,V5:INTEGERRANGE0TO255;V1<=2#1011#;--（二进制表示，对应十进制数为11）V2<=8#123#;--（八进制表示，对应十进制数为83）V3<=10#101#;--（十进制表示，对应十进制数为101）V4<=16#AD#;--（十六进制表示，对应十进制数为173）V5<=16#E#E1;--（十六进制表示，对应十进制数为224）

VHDL词法规则字符串型文字

字符是用单引号引起来的ASCII字符，既可以是数值，也可以是符号或字母。例如：'A'，'d'，'*'，'3'，'-'字符串是一维的字符数组，需要放在双引号中。在VHDL中有两种类型的字符串：文字字符串和数位字符串。（1）文字字符串：文字字符串是用双引号引起来的一串文字。例如："ERROR"，"WAIT"，"BOTHAANDFEQUALTOH"，"DD$EE"

VHDL词法规则

（2）数位字符串：数位字符串（位矢量）用前缀B、O、X分别表示二进制、八进制、十六进制，后跟双引号内的对应数值，其长度等于等效二进制位数。B：二进制基数符号，表示二进制位0或1，在字符串中每一个位表示一个BIT。O：八进制基数符号，在字符串中每一个数代表一个八进制数，即代表一个3位（BIT）的二进制数。X：十六进制基数符号，代表一个十六进制数，即代表一个4位二进制数。

VHDL词法规则例如：

DATA1<=B"1011"--二进制数组，位矢量长度为4DATA2<=O"24"--八进制数组，位矢量长度为6DATA3<=X"EAAE"--十六进制数组，位矢量长度为16

VHDL词法规则标识符标识符是最常用的操作符，可以是常数、变量、信号、端口、子程序或参数的名字。标识符规则是VHDL语言中符号书写的一般规则，为EDA工具提供了标准的书写规范。

VHDL’87版本标识符为短标识符VHDL’93版标识符为扩展标识符。

VHDL词法规则例：合法的标识符：S_MACHINE，present_state，sig3不合法的标识符：present-state，3states，cons_,_now,

entity,_sig为什么它们是不合法的？

VHDL词法规则

短标识符VHDL短标识符需遵守以下规则：

标识符必须为有效的字符，包括26个大小写英文字母，数字0~9以及下画线“_”；必须以英文字母开头；下画线的前后都必须有英文字母或数字；

EDA工具综合、仿真时，短标识符不区分大小写。

VHDL词法规则非法标识符的示例：_Temp1--不能以下画线为起始字符Add1_--标识符的最后不能是下画线5DATA--不能以数字为起始字符WAIT__1--标识符中不能有双下画线SIGNAL--关键字不能作为标识符

VHDL词法规则

扩展标识符扩展标识符的识别和书写有下面的规则：用反斜杠来界定扩展标识符如\control_machine\，\s_block\等都是合法的扩展标识符扩展标识符允许包含图形符号和空格如\s&33\，\legal$state\是合法的扩展标识符两个反斜杠之间的字可以和保留字相同如\SIGNAL\，\ENTITY\是合法的标识符，与SIGNAL、ENTITY是不同的；

VHDL词法规则两个反斜杠之间的标识符可以用数字开头

如\15BIT\，\5ns\是合法的；扩展标识符是区分大小写的如\a\与\A\是不同的标识符；扩展标识符允许多个下划线相邻

如\our__entity\是合法的扩展标识符（不推荐这种方式）；扩展标识符的名字中如果含有一个反斜杠，则用相邻的两个反斜杠来代表它如\te\\xe\表示该扩展标识符的名字为te\xe（共5个字符）；

VHDL词法规则

VHDL词法规则

下标名与下标段名下标名用于指示数组型变量或信号的某一元素；下标段名则用于指示数组型变量或者信号的某一段元素。SIGNALa,b,c:BIT_VECTOR(0TO7);SIGNALm:INTEGERRANGE0TO3;SIGNALx,y:BIT;x<=a(m);--m是不可计算型下标表示y<=b(3);--3是可计算型下标表示c(0TO3)<=a(4TO7);--以段的方式进行赋值c(4TO7)<=a(0TO3);--以段的方式进行赋值

VHDL词法规则

保留字保留字是在语言中具有特殊含义的单词，在语言中不能作为其他的用途来使用，只能按照标准规定的含义来使用。VHDL有97个保留字和33个增补保留字。例如：entity、architecture、process、if、else

VHDL数据对象在VHDL语言中数据对象有：静态数据对象：非静态数据对象常量（CONSTANT）变量（VARIABLE）信号（SIGNAL）

VHDL数据对象

常量（CONSTANT）常量是在仿真和综合过程中固定不变的值，可通过标示符来引用。常量定义和设置的主要目的是使设计实体中的常数更容易阅读和修改！常量定义的一般格式如下：CONSTANT常数名：数据类型：=表达式；CONSTANTDELAY

:TIME

:=50ns；

--定义DELAY为常量，时间型，值为50

nsCONSTANTVCC

:REAL

:=

5.0；

--定义VCC为常量，实型，值为5.0

VHDL数据对象常量的特点如下：常量一旦被赋值，在仿真与综合中不能改变；常量所赋的值应和定义的数据类型一致；常量的作用范围取决于它定义的位置。常量可以在包集、实体或结构体中声明：包集中：全局；实体中：对该实体内的所有结构体而言是全局的；结构体中：结构体内是全局的。

VHDL数据对象

变量（variable）变量代表电路单元内部的操作，代表暂存的临时数据。与信号和常量相比，变量仅用于局部的电路描述，只能用于进程、函数和过程内部。注意：对变量的赋值是立即生效的，无需等待进程结束。新的值可以在下一行代码中立即使用。变量的赋值符号“:=”，语法结构：VARIABLE变量名：数据类型：=初始值；注意：对变量赋初值的操作也是不可综合的，通常只用于仿真。

VHDL数据对象VARIABLENumber：INTEGERRANGE0TO8；VARIABLEDATA1：STD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0):=“00000000”；变量定义：变量赋值：VARIABLEx,y:REAL;VARIBALEa,b:STD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0)x:=50.0;

--实数赋值，x是实数变量y:=5.5+x;--运算表达式赋值，y也是实数变量a:=“10111011”;--位矢量赋值a(0TO5):=b(2TO7);--段赋值

VHDL数据对象

信号（single）VHDL中‘信号’代表电路单元、功能模块间的硬件连线，也可表示电路单元的IN/OUT端口；信号的定义格式如下：SIGNAL信号名：数据类型：=初始值；例：SIGNALs1：STD_LOGIC:='0'

--定义信号s1，类型位标准逻辑，初始值为'0'SIGNALa,b：STD_LOGIC_VECTOR(0to3);

--定义两个信号a，b，为标准逻辑矢量

VHDL数据对象信号赋值格式：目标信号名<=表达式数据的传入可以设置延时量，目标信号获得传入的数据并不是即时的。即使是零延时，也是经历了一个特定的延时。顺序赋值（进程内）：仅当进程激活且最后一条有效。并行赋值（结构体内）：各语句独立并行执行。例：v1<='1';s1<=s2AFTER20ns;其中v1、s1和s2都是信号，AFTER后面是延迟时间，即s2经过20ns后才把值赋给s1。

VHDL数据对象常量、变量、信号比较

作用域：常量全局；变量仅进程/子程序；信号全局。硬件意义：常量＝固定电平；变量/信号≈连