VHDL語言

一個完整的VHDL程序包括實體(Entity)，結(jié)構(gòu)體(Architecture)，配置(Configuration)，包集合(Package)，庫(Library)5個部分。在VHDL程序中，實體和結(jié)構(gòu)體這兩個基本結(jié)構(gòu)是必須的，他們可以構(gòu)成最簡單的VHDL程序。實體用于描述電路器件的外部特性；結(jié)構(gòu)體用于描述電路器件的內(nèi)部邏輯功能或電路結(jié)構(gòu)；包集合存放各設(shè)計模塊都能共享的數(shù)據(jù)類型、常數(shù)和子程序等；配置用于從庫中選取所需單元來組成系統(tǒng)設(shè)計的不同版本；庫用于存放已經(jīng)編譯的實體、結(jié)構(gòu)體、包集合和配置。

一，實體

??實體是VHDL程序設(shè)計的基礎(chǔ)單元。實體聲明對設(shè)計實體與外部電路的端口描述，以及定義所有輸入和輸出端口的基本性質(zhì)，是實體對外的一個通信界面。實體聲明以entity開始，由end entity 或 end 結(jié)束，關(guān)鍵詞不區(qū)分大小寫。實體聲明語句結(jié)構(gòu)如下：

??entity 實體名 is
????[generic (類屬參量) ;]
????[port (端口說明)；]
??end entity 實體名；

1，實體名：一般由用戶定義，最好能體現(xiàn)功能；

2，類屬參量：是一個可選項；它是一種端口界面常數(shù)，常用來規(guī)定端口的大小、實體中元件的數(shù)目及實體的定時特性等。類屬參量的值可由實體的外部提供，用戶可以從外面通過重新設(shè)定類屬參量來改變一個實體或一個元件內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)和規(guī)模。

3，端口說明：端口為實體和其外部環(huán)境提供動態(tài)通信的通道，利用port語句可以描述設(shè)計電路的端口和端口模式。格式如下
??port（端口名:端口模式 數(shù)據(jù)類型；…）

（1）端口名：是用戶為實體的每個對外通道所取得名字，通常為英文字母加數(shù)字得形式。
（2）端口模式：可綜合得端口模式有四種，分別是：IN,OUT,INOUT,BUFFER.用于定義端口上數(shù)據(jù)得流動方向和方式。

二，結(jié)構(gòu)體

??結(jié)構(gòu)體描述了實體的結(jié)構(gòu)、行為、元件及內(nèi)部連接關(guān)系，即定義了設(shè)計實體的功能，規(guī)定了實體的數(shù)據(jù)流程，指定了實體內(nèi)部的數(shù)據(jù)連接關(guān)系。結(jié)構(gòu)體是對實體功能的具體描述，一定跟在實體的后面。
??結(jié)構(gòu)體一般分為兩個部分，第一部分是對數(shù)據(jù)類型，常量，信號，子程序和元件等因素進行說明；第二部分是描述實體的邏輯行為、以及各種不同的描述風(fēng)格的功能描述語句，包括各種順序語句和并行語句。結(jié)構(gòu)體聲明語句結(jié)構(gòu)如下：
??architecture 結(jié)構(gòu)體名 of 實體名 is
????[定義語句]
??begin
????[功能描述語句]
??end 結(jié)構(gòu)體名；

1，結(jié)構(gòu)體名：用戶自行定義，通常用dataflow(數(shù)據(jù)流)，behavior(行為)，structural(結(jié)構(gòu))
命名。體現(xiàn)了三種不同結(jié)構(gòu)體的描述方式。

2，結(jié)構(gòu)體信號定義語句
??結(jié)構(gòu)體信號定義語句必須放在關(guān)鍵詞architecture和 begin之間，用于對結(jié)構(gòu)體內(nèi)部將要使用的信號、常數(shù)、數(shù)據(jù)類型、元件函數(shù)和過程進行說明。結(jié)構(gòu)體定義的信號為該結(jié)構(gòu)體的內(nèi)部信號，只能用于這個結(jié)構(gòu)體中。結(jié)構(gòu)體中的信號定義和端口說明一樣，應(yīng)有信號名稱和數(shù)據(jù)類型定義。用于結(jié)構(gòu)體中的信號是內(nèi)部連接用的信號，因此不需要方向說明。

3，結(jié)構(gòu)體功能描述語句
??結(jié)構(gòu)體功能描述語句位于begin和end之間，具體的描述了結(jié)構(gòu)體的行為及其連接關(guān)系。結(jié)構(gòu)體功能描述語句可以含有5中不同類型的并行語句。語句結(jié)構(gòu)內(nèi)部可以使用并行語句，也可以使用順序語句。

三，庫

??庫用來存儲已經(jīng)完成的程序包等VHDL設(shè)計和數(shù)據(jù)，包含各類包定義、實體、機構(gòu)體等。在VHDL庫中，庫的說明總是放在設(shè)計單元的最前面。這樣，設(shè)計單元內(nèi)的語句就可以使用庫中的數(shù)據(jù)，便于用戶共享已經(jīng)編譯的設(shè)計結(jié)果。

1，庫的說明
庫的說明使用use語句，通常有以下兩種格式：
??use 庫名. 程序包名. 工程名;
??use 庫名. 程序包名.all;
??第一種格式的作用是向本設(shè)計實體開放指定庫中的特定程序包內(nèi)的選定工程。第二種格式的作用是向本設(shè)計實體開放指定庫中特定程序包內(nèi)的所有內(nèi)容。

2，常見庫
（1）IEEE庫
IEEE庫中包含以下四個包集合

STD_LOGIC_1164:標準邏輯類型和相應(yīng)函數(shù)；
STD_LOGIC_ARITH:數(shù)學(xué)函數(shù)；
STD_LOGIC_SIGNED:符號數(shù)學(xué)函數(shù)；
STD_LOGIC_UNSIGNED:無符號數(shù)學(xué)函數(shù)；

（2）STD庫
STD庫是符合VHDL標準的庫，使用時不需要顯示聲明；

（3）ASIC矢量庫
各個公司提供的ASIC邏輯門庫；

（4）WORK庫
WORK庫為現(xiàn)行行業(yè)庫，用于存放用戶的VHDL程序，使用戶自己的庫。

??VHDL語法比較規(guī)范，對任何一種數(shù)據(jù)對象（信號，變量，常數(shù)），必須嚴格限定其取值范圍，即明確界定對其傳輸或存儲的數(shù)據(jù)類型。在VHDL中，有多種預(yù)先定義好的數(shù)據(jù)類型，如，整數(shù)數(shù)據(jù)類型INTEGER,布爾數(shù)據(jù)類型BOOLEAN,標準邏輯位數(shù)據(jù)類型STD_LOGIC和為數(shù)據(jù)類型BIT等。
??VHDL要求賦值運算符“<=”兩邊的信號數(shù)據(jù)類型必須一致。VHDL共7中基本邏輯運算符，AND(與),OR（或）,NAND（與非）,NOR（或非）,XOR（異或）,XNOR（同或）,NOT（取反）。邏輯運算符所要求的操作對象的數(shù)據(jù)類型有三種，即BIT,BOOLEAN,STD_LOGIC。

審核編輯 黃昊宇