VHDL語(yǔ)言

一個(gè)完整的VHDL程序包括實(shí)體(Entity)，結(jié)構(gòu)體(Architecture)，配置(Configuration)，包集合(Package)，庫(kù)(Library)5個(gè)部分。在VHDL程序中，實(shí)體和結(jié)構(gòu)體這兩個(gè)基本結(jié)構(gòu)是必須的，他們可以構(gòu)成最簡(jiǎn)單的VHDL程序。實(shí)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(jì)模塊都能共享的數(shù)據(jù)類(lèi)型、常數(shù)和子程序等；配置用于從庫(kù)中選取所需單元來(lái)組成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不同版本；庫(kù)用于存放已經(jīng)編譯的實(shí)體、結(jié)構(gòu)體、包集合和配置。

一，實(shí)體

??實(shí)體是VHDL程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)單元。實(shí)體聲明對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)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(shí)體對(duì)外的一個(gè)通信界面。實(shí)體聲明以entity開(kāi)始，由end entity 或 end 結(jié)束，關(guān)鍵詞不區(qū)分大小寫(xiě)。實(shí)體聲明語(yǔ)句結(jié)構(gòu)如下：

??entity 實(shí)體名 is
????[generic (類(lèi)屬參量) ;]
????[port (端口說(shuō)明)；]
??end entity 實(shí)體名；

1，實(shí)體名：一般由用戶定義，最好能體現(xiàn)功能；

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

3，端口說(shuō)明：端口為實(shí)體和其外部環(huán)境提供動(dòng)態(tài)通信的通道，利用port語(yǔ)句可以描述設(shè)計(jì)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(lèi)型；…）

（1）端口名：是用戶為實(shí)體的每個(gè)對(duì)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(dòng)方向和方式。

二，結(jié)構(gòu)體

??結(jié)構(gòu)體描述了實(shí)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(jì)實(shí)體的功能，規(guī)定了實(shí)體的數(shù)據(jù)流程，指定了實(shí)體內(nèi)部的數(shù)據(jù)連接關(guān)系。結(jié)構(gòu)體是對(duì)實(shí)體功能的具體描述，一定跟在實(shí)體的后面。
??結(jié)構(gòu)體一般分為兩個(gè)部分，第一部分是對(duì)數(shù)據(jù)類(lèi)型，常量，信號(hào)，子程序和元件等因素進(jìn)行說(shuō)明；第二部分是描述實(shí)體的邏輯行為、以及各種不同的描述風(fēng)格的功能描述語(yǔ)句，包括各種順序語(yǔ)句和并行語(yǔ)句。結(jié)構(gòu)體聲明語(yǔ)句結(jié)構(gòu)如下：
??architecture 結(jié)構(gòu)體名 of 實(shí)體名 is
????[定義語(yǔ)句]
??begin
????[功能描述語(yǔ)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(hào)定義語(yǔ)句
??結(jié)構(gòu)體信號(hào)定義語(yǔ)句必須放在關(guān)鍵詞architecture和 begin之間，用于對(duì)結(jié)構(gòu)體內(nèi)部將要使用的信號(hào)、常數(shù)、數(shù)據(jù)類(lèi)型、元件函數(shù)和過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明。結(jié)構(gòu)體定義的信號(hào)為該結(jié)構(gòu)體的內(nèi)部信號(hào)，只能用于這個(gè)結(jié)構(gòu)體中。結(jié)構(gòu)體中的信號(hào)定義和端口說(shuō)明一樣，應(yīng)有信號(hào)名稱和數(shù)據(jù)類(lèi)型定義。用于結(jié)構(gòu)體中的信號(hào)是內(nèi)部連接用的信號(hào)，因此不需要方向說(shuō)明。

3，結(jié)構(gòu)體功能描述語(yǔ)句
??結(jié)構(gòu)體功能描述語(yǔ)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(yǔ)句可以含有5中不同類(lèi)型的并行語(yǔ)句。語(yǔ)句結(jié)構(gòu)內(nèi)部可以使用并行語(yǔ)句，也可以使用順序語(yǔ)句。

三，庫(kù)

??庫(kù)用來(lái)存儲(chǔ)已經(jīng)完成的程序包等VHDL設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)，包含各類(lèi)包定義、實(shí)體、機(jī)構(gòu)體等。在VHDL庫(kù)中，庫(kù)的說(shuō)明總是放在設(shè)計(jì)單元的最前面。這樣，設(shè)計(jì)單元內(nèi)的語(yǔ)句就可以使用庫(kù)中的數(shù)據(jù)，便于用戶共享已經(jīng)編譯的設(shè)計(jì)結(jié)果。

1，庫(kù)的說(shuō)明
庫(kù)的說(shuō)明使用use語(yǔ)句，通常有以下兩種格式：
??use 庫(kù)名. 程序包名. 工程名;
??use 庫(kù)名. 程序包名.all;
??第一種格式的作用是向本設(shè)計(jì)實(shí)體開(kāi)放指定庫(kù)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(jì)實(shí)體開(kāi)放指定庫(kù)中特定程序包內(nèi)的所有內(nèi)容。

2，常見(jiàn)庫(kù)
（1）IEEE庫(kù)
IEEE庫(kù)中包含以下四個(gè)包集合

STD_LOGIC_1164:標(biāo)準(zhǔn)邏輯類(lèi)型和相應(yīng)函數(shù)；
STD_LOGIC_ARITH:數(shù)學(xué)函數(shù)；
STD_LOGIC_SIGNED:符號(hào)數(shù)學(xué)函數(shù)；
STD_LOGIC_UNSIGNED:無(wú)符號(hào)數(shù)學(xué)函數(shù)；

（2）STD庫(kù)
STD庫(kù)是符合VHDL標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)，使用時(shí)不需要顯示聲明；

（3）ASIC矢量庫(kù)
各個(gè)公司提供的ASIC邏輯門(mén)庫(kù)；

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

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

審核編輯 黃昊宇