Verilog到VHDL轉(zhuǎn)換的經(jīng)驗(yàn)與技巧總結(jié)

Verilog語(yǔ)言和VHDL語(yǔ)言是兩種不同的硬件描述語(yǔ)言，但并非所有人都同時(shí)精通兩種語(yǔ)言，所以在某些時(shí)候，需要把Verilog代碼轉(zhuǎn)換為VHDL代碼。本文以通用的XHDL工具為例對(duì)Verilog轉(zhuǎn)換到VHDL過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)，歡迎批評(píng)指正。

當(dāng)我們剛開(kāi)始學(xué)習(xí)FPGA時(shí)，一定會(huì)遇到一個(gè)問(wèn)題：

學(xué)習(xí)Verilog還是VHDL？

等我們學(xué)習(xí)FPGA到一定程度參加面試時(shí)，面試者也會(huì)問(wèn)你一個(gè)問(wèn)題：

你以前用Verilog還是VHDL開(kāi)發(fā)？

你已經(jīng)習(xí)慣某種語(yǔ)言，也發(fā)現(xiàn)語(yǔ)言不是學(xué)習(xí)FPGA時(shí)需要考慮的問(wèn)題，它僅僅是硬件描述語(yǔ)言工具而已?？墒?，當(dāng)你發(fā)現(xiàn)一份和你使用語(yǔ)言不同的代碼作為參考時(shí)，你又開(kāi)始想：

我以后的工作是不是要二種語(yǔ)言都會(huì)，這樣工作才會(huì)得心應(yīng)手？

事實(shí)上，兩種語(yǔ)言之間是可以相互轉(zhuǎn)換的。

對(duì)于我們做FPGA開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，如何快速在Verilog和VHDL之間互轉(zhuǎn)，加快開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的進(jìn)度，而不是因?yàn)橹欢骋环N語(yǔ)言而局限了自己的開(kāi)發(fā)。

Vivado可以看兩種語(yǔ)言的差異

Verilog與VHDL語(yǔ)法是互通且相互對(duì)應(yīng)的，如何查看二者對(duì)同一硬件結(jié)構(gòu)的描述，可以借助EDA工具，如Vivado，打開(kāi)Vivado后它里面的語(yǔ)言模板后，也可以對(duì)比查看Verilog和VHDL之間的差異。

XHDL軟件

轉(zhuǎn)換所用軟件如下圖所示：

上圖是把轉(zhuǎn)換成VHDL格式的代碼，再轉(zhuǎn)換回verilog后與原代碼對(duì)比的圖，可以看出，一些注釋之類(lèi)的信息都沒(méi)有了，原來(lái)的代碼規(guī)范和風(fēng)格也發(fā)生了變化。

在轉(zhuǎn)換的過(guò)程，該軟件對(duì)代碼中的漢語(yǔ)注釋不支持，如果出現(xiàn)漢字就無(wú)法轉(zhuǎn)換。

筆者之前就曾試著寫(xiě)過(guò)Verilog轉(zhuǎn)VHDL代碼的工具，見(jiàn)：Verilog HDL代碼轉(zhuǎn)VHDL代碼，無(wú)奈因?yàn)椴皇擒浖_(kāi)發(fā)出身，寫(xiě)出來(lái)的東西通用性和完善性很差。寫(xiě)到此處，再次想起漢天下董事長(zhǎng)楊清華所說(shuō)的話，互聯(lián)網(wǎng)講究的是差異化的商業(yè)模式，很牛的產(chǎn)品定義，早期不看銷(xiāo)售額而看流量，越快越好。這對(duì)IC是很可怕的事情，讓整個(gè)產(chǎn)業(yè)變得很浮躁。互聯(lián)網(wǎng)的模式，在某種程度上是毒瘤。發(fā)展集成電路芯片，需要把互聯(lián)網(wǎng)的模式認(rèn)知去除。芯片行業(yè)需要長(zhǎng)期積累、持續(xù)關(guān)注，需要八年、十年的積累，這個(gè)耐心和耐性很重要。

試想一下，如果這么一個(gè)簡(jiǎn)單的小軟件是互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域經(jīng)常用到的，估計(jì)早已經(jīng)遍地都是了吧，并且也都很好用呢！

以下僅對(duì)Verilog轉(zhuǎn)VHDL過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行說(shuō)明。

Xhdl軟件轉(zhuǎn)換后狀態(tài)機(jī)的問(wèn)題

含有狀態(tài)機(jī)的Verilog代碼被xhdl軟件轉(zhuǎn)換后會(huì)出現(xiàn)兩種情況：

1、當(dāng)verilog代碼中parameter常量寫(xiě)在緊挨著端口位置時(shí)，xhdl軟件會(huì)將其轉(zhuǎn)換為vhdl中的generic內(nèi)的可傳遞的參數(shù)，如圖：

2、當(dāng)parameter在其它地方出現(xiàn)時(shí)，xhdl會(huì)將其轉(zhuǎn)換為constant常量，如圖：

無(wú)論哪種方式，將其中有錯(cuò)誤的地方改正后，都不會(huì)出現(xiàn)狀態(tài)機(jī)運(yùn)行出錯(cuò)，也就是不用將這種狀態(tài)機(jī)書(shū)寫(xiě)方式更改為vhdl語(yǔ)法中專(zhuān)門(mén)的狀態(tài)機(jī)書(shū)寫(xiě)方式。

function轉(zhuǎn)換位置出現(xiàn)問(wèn)題

在用xhdl軟件完成轉(zhuǎn)換后會(huì)出現(xiàn)function寫(xiě)在了process塊內(nèi)的情況，出現(xiàn)此問(wèn)題應(yīng)將function改在architecture下面（與定義信號(hào)在相同的位置）。

信號(hào)只能賦值給與它位寬類(lèi)型相同的信號(hào)

如下圖中的兩個(gè)信號(hào)：

b <= a;

在verilog中此種賦值方式意思是將a的前3位賦值給b，但是在vhdl中此種賦值方式會(huì)報(bào)出位寬不匹配的錯(cuò)誤，應(yīng)將其更改為：

b <= a(2 downto 0);

同時(shí)需要注意a、b的數(shù)據(jù)類(lèi)型必須相同，如圖中必須都為std_logic_vector類(lèi)型。

沒(méi)有邏輯與，需用其它辦法解決

在vhdl中沒(méi)有邏輯與（verilog中的&&），只有按位與（verilog中的&，vhdl中的and），所以verilog中的邏輯與，在vhdl中有時(shí)需要用等價(jià)的方式替換，比如：

需要替換為：

注意數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換符號(hào)使用的是否正確

在vhdl中有多種數(shù)據(jù)類(lèi)型，它們之間可以通過(guò)數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換符號(hào)相互轉(zhuǎn)換。在xhdl軟件中，數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換一般都會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，具體的原因是轉(zhuǎn)換符號(hào)使用錯(cuò)誤，而在vhdl的語(yǔ)法書(shū)上介紹的并不全面。下面介紹幾中常用的數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換符號(hào)：

1、IEEE.std_logic_1164.all庫(kù)中包含的：

（1）bit_vector to std_logic_vector ：

=to_stdlogicvector（bv_sig）；

（2）std_logic_vector to bit_vector ：

=to_bitvector();

2、IEEE.std_logic_arith.all庫(kù)中包含的：

integer to std_logic_vector ：

=CONV_STD_LOGIC_VECTOR(,);

3、IEEE.std_logic_signed.all庫(kù)中包含的：

std_logic_vector to integer ：

=CONV_INTEGER();

注意：選用某種數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換符號(hào)的時(shí)候一定要確認(rèn)是否包含了相應(yīng)的庫(kù)。

其它轉(zhuǎn)換符號(hào)可以在如下圖的ise軟件相應(yīng)的目錄下查找

if后的判斷語(yǔ)句在某些情況會(huì)出現(xiàn)語(yǔ)法沒(méi)錯(cuò)誤邏輯出現(xiàn)錯(cuò)誤

此種情況比較少見(jiàn)，但是一般很難發(fā)現(xiàn)，只有通過(guò)大量仿真找到錯(cuò)誤。具體情況如下圖：

原verilog代碼：

if((MDR_port_i&outport)==32'b0)

Xhdl軟件轉(zhuǎn)換后語(yǔ)法無(wú)錯(cuò)誤邏輯出現(xiàn)錯(cuò)誤：

IF((MDR_port_i/="0000000000000000000000000000000")ANDoutport/="0000000000000000000000000000000"=false)

修改后：

IF((MDR_port_iANDoutport)="0000000000000000000000000000000")

個(gè)人總結(jié)：在原verilog代碼中，當(dāng)if后的判斷句出現(xiàn)按位與（&）時(shí)，Xhdl軟件轉(zhuǎn)換成vhdl后很大可能會(huì)出現(xiàn)語(yǔ)法正確邏輯錯(cuò)誤。

并置運(yùn)算時(shí)遇到的問(wèn)題

由于在verilog語(yǔ)法中，位寬不同的兩個(gè)信號(hào)也可以相互賦值，但是在vhdl中對(duì)此有嚴(yán)格要求位寬相同，而xhdl軟件在轉(zhuǎn)換的時(shí)候不會(huì)檢測(cè)這些，所以經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)位寬不匹配的情況，尤其是在并置運(yùn)算時(shí)，所以要嚴(yán)格檢查并置后的位寬與所賦值信號(hào)是否相同。

在verilog中某一信號(hào)可以賦值給幾個(gè)并置的信號(hào)，但是在vhdl中不允許這么做，除非左側(cè)并置的都為std_logic類(lèi)型信號(hào)，右側(cè)為std_logic_vector類(lèi)型信號(hào)，注意此時(shí)在vhdl中并不是用“&”這個(gè)并置運(yùn)算符，而是“，”。（bit以及bit_vector是否有相似功能暫時(shí)未知）具體情況如圖：

錯(cuò)誤，因?yàn)閎是std_logic_vector類(lèi)型

正確情況如下圖：

Bool類(lèi)型的運(yùn)用以及會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題

在verilog中幾個(gè)信號(hào)經(jīng)過(guò)關(guān)系運(yùn)算后返回的值是1或者0，但是在vhdl中返回的確是bool類(lèi)型的值，也就是說(shuō)返回的是true或者false。

1、vhdl中在if后的判斷條件最后必須為布爾類(lèi)型，如圖：

2、verilog和vhdl中信號(hào)經(jīng)過(guò)關(guān)系運(yùn)算后返回值的區(qū)別，如圖：

When-else語(yǔ)句不能用在process塊內(nèi)

軟件轉(zhuǎn)換后的when-else語(yǔ)句常常被放在process塊內(nèi)，導(dǎo)致出現(xiàn)問(wèn)題。因?yàn)閣hen-else語(yǔ)句是并行信號(hào)賦值語(yǔ)句，它本身就相當(dāng)于一個(gè)進(jìn)程process，因此不能放在進(jìn)程體中。進(jìn)程是不能夠嵌套的。

位移操作左側(cè)為bit類(lèi)型，右側(cè)為integer類(lèi)型

Verilog中的位移運(yùn)算經(jīng)xhdl軟件轉(zhuǎn)換后必出現(xiàn)錯(cuò)誤，錯(cuò)誤的原因是轉(zhuǎn)換成vhdl代碼后位移符號(hào)兩側(cè)數(shù)據(jù)類(lèi)型出錯(cuò)，如圖

錯(cuò)誤情況：

修改后的正確格式：

位移符號(hào)左側(cè)應(yīng)該是bit類(lèi)型，所以將std_logic_vector類(lèi)型的信號(hào)轉(zhuǎn)換為bit類(lèi)型，數(shù)字“63”默認(rèn)為integer類(lèi)型，位移后的結(jié)果仍然為bit類(lèi)型，所以需要將其裝換為std_logic_vector類(lèi)型，并賦值給相同類(lèi)型的信號(hào)。

真雙口RAM的IP核的使能信號(hào)

注意真雙口RAM的IP核的使能信號(hào)的數(shù)據(jù)類(lèi)型，在頂層例化時(shí)要注意要只取使能信號(hào)第0位的與信號(hào)連接的方式。

由于真雙口RAM在例化后“wea”“web”為std_logic_vector（0 downto 0），所以要取這兩個(gè)端口的0位與信號(hào)連接。

while循環(huán)

在vhdl中不要使用while循環(huán)，會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，將while循環(huán)換為for循環(huán)

top層輸入輸出端口不接信號(hào)的情況

1、在top層，例化的某個(gè)模塊輸出端口不連信號(hào)時(shí)，只需要在例化此模塊處將此端口刪除或注釋掉即可，如圖：

2、當(dāng)在top層例化的某一模塊的輸入端口無(wú)信號(hào)連接時(shí)，必須將此端口處連接“U（未初始化）”狀態(tài)（理論上講將“U”換為“Z”也可以，但實(shí)際上會(huì)報(bào)出語(yǔ)法錯(cuò)誤，在vhdl語(yǔ)法書(shū)上說(shuō)是連接“open”狀態(tài)，實(shí)際測(cè)試也會(huì)報(bào)錯(cuò)），如圖：

case語(yǔ)句的注意事項(xiàng)

在vhdl的case語(yǔ)句的語(yǔ)法中，只有分支將所有條件都覆蓋后才可以不使用“when others =>”（相當(dāng)于verilog的default），但是實(shí)際中幾乎不可能包括所有情況（因?yàn)楸仨氝B高阻，不定態(tài)等狀態(tài)都包含進(jìn)去），所以需要在case語(yǔ)句分支條件增加“when others =>”。對(duì)于原verilog代碼中default后沒(méi)有任何表達(dá)式的情況，在vhdl中對(duì)應(yīng)的地方寫(xiě)上“null”，如圖：

組合邏輯轉(zhuǎn)換時(shí)遇到的問(wèn)題

當(dāng)含有“always（*）”這類(lèi)組合邏輯的verilog代碼經(jīng)xhdl軟件轉(zhuǎn)換后以下兩種情況需要注意：

1、當(dāng)是三段式狀態(tài)機(jī)中的“always（*）”被轉(zhuǎn)換時(shí)，注意去除其中的狀態(tài)常量。

2、由于vhdl規(guī)定case后的判斷條件必須是單一信號(hào)，所以當(dāng)原verilog代碼中，case后面的判斷條件不是單一信號(hào)，而是幾個(gè)信號(hào)的組合時(shí)，xhdl軟件會(huì)將這幾個(gè)信號(hào)的組合用組合邏輯賦給一個(gè)新的信號(hào)，后將新的信號(hào)放在case的判斷邏輯處，此時(shí)需要注意查看組合邏輯塊的觸發(fā)信號(hào)是否包含此新生成的信號(hào)，具體如圖：

仿真時(shí)注意時(shí)鐘的問(wèn)題（上板不會(huì)出現(xiàn)此問(wèn)題）

在使用modelsim對(duì)vhdl代碼進(jìn)行仿真時(shí)，會(huì)出現(xiàn)如圖的情況：

具體的操作就是對(duì)c_o信號(hào)打拍，可以發(fā)現(xiàn)第一拍沒(méi)有打上（實(shí)際是打上了）,該測(cè)試程序的原理圖如圖：

C將時(shí)鐘clk_c_to_b和一個(gè)信號(hào)c_o傳遞給b，c_o使用時(shí)鐘clk生成的，在b內(nèi)用c給的時(shí)鐘來(lái)給c_o打拍。最后發(fā)現(xiàn)仿真之所以會(huì)出現(xiàn)上面的情況，主要是因?yàn)樵谀Kc內(nèi)對(duì)時(shí)鐘clk進(jìn)行了一次處理后賦給b（如在c內(nèi)部進(jìn)行了clk_c_to_b <= clk），導(dǎo)致出現(xiàn)了如下的波形情況：

如果你在使用VHDL與Verilog轉(zhuǎn)換過(guò)程中遇到了上面沒(méi)有提到的問(wèn)題，歡迎留言討論?；蛘吣阌懈玫霓k法完成兩種語(yǔ)言之間的轉(zhuǎn)換，也請(qǐng)不吝賜教！

審核編輯：黃飛