VHDL語(yǔ)言中信號(hào)的不同形式設(shè)置

?摘要：通過(guò)一個(gè)偶同位產(chǎn)生器邏輯功能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，介紹了VHDL語(yǔ)言中信號(hào)設(shè)置的不同方 式及注意事項(xiàng)，并給出了完整的程序代碼。

關(guān)鍵詞：VHDL；程序

1概述

VHDL是一種快速的電路設(shè)計(jì)工具，功能涵蓋 了電路描述、電路合成、電路仿真等三大電路設(shè)計(jì)工作。目前廣泛使用的軟件有Altera公司出品的MAX+PLUSII，Xinlinx公司的Foundation等。

VHDL語(yǔ)言中有兩種基本的語(yǔ)句命令：并行同 時(shí)語(yǔ)句命令以及順序語(yǔ)句命令。兩者之間最大的不同點(diǎn)是，并行同時(shí)語(yǔ)句命令就像是電路板的動(dòng)作方 式，不論幾個(gè)命令，是一次且同時(shí)執(zhí)行，產(chǎn)生結(jié)果；順序語(yǔ)句命令類似一般的程序語(yǔ)言，如BASIC等的執(zhí)行方式，是一次一個(gè)命令，且依書(shū)寫方式由上而下地執(zhí)行。

并行同時(shí)語(yǔ)句命令主要有以下幾種表達(dá)方式： 直接設(shè)置語(yǔ)句(使用<=運(yùn)算符)、條件式信號(hào)設(shè)置語(yǔ)句(When-Else)與選擇式信號(hào)設(shè)置語(yǔ)句(With-Select-When)等；

順序語(yǔ)句命令主要有以下幾種表達(dá)方式：Pro cess(過(guò)程)、If-Else(判斷比較)、Wait Until(等待)、Case-Is-When(描述選擇)等。

熟練而靈活地使用上述兩類命令，可以節(jié)省大 量的工作量，使程序簡(jiǎn)單直觀、可讀性增強(qiáng)而且有利于提高程序的編譯執(zhí)行效率。

在數(shù)據(jù)通信過(guò)程中，同位器與同位檢查器常用 于數(shù)據(jù)糾錯(cuò)。本文就以一個(gè)簡(jiǎn)單偶同位產(chǎn)生器(Even Parity Bit Generator)真值表功能的實(shí)現(xiàn)方法來(lái)探討上述表達(dá)方式選擇問(wèn)題，以及編程 過(guò)程中的注意事項(xiàng)。

2編程舉例

例：試設(shè)計(jì)VHDL程序完成如表1偶同位器的 真值表功能：

?

分析：由真值表可以看出，所要實(shí)現(xiàn)的是一個(gè)由三個(gè)數(shù)據(jù)位、一個(gè)同位位組成的偶同位產(chǎn)生器功 能。不難得出各位之間的簡(jiǎn)單邏輯關(guān)系：P=S0S1S2 。但是本文的主要目的在于通過(guò)此例闡述如何靈活運(yùn)用不同的基本表達(dá)式設(shè)置信號(hào)，因此 某些可能更加簡(jiǎn)單的方法以及比較高級(jí)一點(diǎn)語(yǔ)句本文不予詳細(xì)討論。

解：(注：VHDL語(yǔ)言中使用“--”作為注釋符號(hào))

library ieee; ①

use ieee.std_logic_1164.all;

use ieee.std_logic_arith.all;

use ieee.std_logic_unsigned.

all;

ENTITY hf is --假設(shè)建立的芯片電路名稱以及保存后的文件名為“hf”；

Port(
s: in std_logic_vector(2 downto 0);
z: out std_logic　　--最后一個(gè)管腳定義命令后面，不可加分號(hào)；
);

end hf; --應(yīng)該保證電路單元名稱與存盤的文件名一致，否則編譯時(shí) 出錯(cuò)；

ARCHITECTURE a OF hf IS

Begin --以上是本例題解答過(guò)程中的公共部分，其后分別接各解法語(yǔ)句。

--******************************

--解法1：使用“hen -Else”表達(dá)方式②

z<=‘0’when (s="000") else --此語(yǔ)句只能將s的各個(gè)值分開(kāi)寫，而不能寫成如下形式：

0’ when (s="011") else -- z<=‘0’

when (s="000" or s="011" or s="110" or s="111")

0’ when (s="110") else -- else ‘1’;

‘0’ when (s="111") else

‘1’ when (s="001") else

‘1’ when (s="001") else

‘1’ when (s="001") else

‘1’;

End a;

--解法2：使用揥ith -Select -When表達(dá)方式：

With s Select

z<=‘0’ when "000", --注意：除了最后一句的語(yǔ)句結(jié)束標(biāo)志是分號(hào)外，其余各句均是逗號(hào)；

‘0’ when "011",

‘0’ when "110",

‘0’ when "111", -- when后選擇信號(hào)的值也只能分別列出，不可寫成組合條件形式。
‘1’ when others;
End a;

--解法3：使用“If-Else”表達(dá)方式：

Process--If-Else語(yǔ)句必須要與process配合使用；

Begin --Process中此句必不可少，否則編譯時(shí)出錯(cuò)；

if s="000" or s="011" or s="110" or s="111" then --If后若為組合條件可用括號(hào)也可不用；

z<=‘0’;
else
z<=‘1’;
end if;
end process;
End a;

--解法4：使用“Case-Is-When”表達(dá)方式：

Process --“Case-Is-When”也只能與“Process”配合使用；

Begin

case s is

when "000"|"011"|"110"|"111" =>

--此處不能將“|”改成“or”但可以像解法1或解法1或解法2那樣將不同信號(hào)值分開(kāi)寫；

when others=> --When句末尾是“=>”而不是逗號(hào)或者分號(hào)。

z<=‘1’;
end case;
end process;
End a;

備注：

(1) VHDL語(yǔ)言對(duì)所有字母的大小寫狀態(tài)不敏感，關(guān)鍵在于語(yǔ)句要正確規(guī)范。

(2) 在VHDL語(yǔ)言中，所使用的標(biāo)點(diǎn)符號(hào)均是英文標(biāo)點(diǎn)符號(hào)。凡是設(shè)置單個(gè)的信號(hào)值均需使用 單引號(hào)，而設(shè)置序列信號(hào)值必須使用雙引號(hào)。

(3) 請(qǐng)參看相關(guān)資料。

3討論

3.1本例能否使用“Wait Until”表達(dá)方式

很遺憾，類似此例的情況不能使用這個(gè)語(yǔ) 句。起碼筆者經(jīng)過(guò)多次嘗試之后均沒(méi)有通過(guò)編譯檢查。但是在使用此語(yǔ)句時(shí)應(yīng)該注意以下事項(xiàng)：

(1) Wait Until 后面緊接的語(yǔ)句中不能出現(xiàn)序列信號(hào)的值，例如不能寫成如下形式：

Wait Until s="000" 也不能寫成組合條件形式(無(wú)論是否使用括號(hào))：

Wait Until s="000" or s="011" or s="110" or s="111"

(2) 使用此表達(dá)方式編寫程序代碼時(shí)，不能設(shè)定輸出引腳的初始值(通過(guò)第三方信號(hào)傳遞也不 行，但是在進(jìn)行仿真時(shí)可以設(shè)定初始輸出值)，不能寫成如下形式：

……

s: in std_logic;

……

Architecture a of hf is

Begin

z<=0; --就算z的初、終值通過(guò)兩個(gè)常量信號(hào)(如c=‘0’，d=‘1 ’)傳遞

Process --也不行，因?yàn)閦不能規(guī)定兩個(gè)狀態(tài)。否則編譯時(shí)出錯(cuò)；

Begin

wait until s=‘0’; --此處也不可以寫成序列信號(hào)形式，更不能使用邏輯運(yùn)算符將其

z<=1; --寫成組合條件形式。Wait Until語(yǔ)句不支持組合條件。

End process;
END a;

3.2更簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方法

順序語(yǔ)句除了前文所敘的幾種基本表達(dá)方式以 外，還有一種循環(huán)語(yǔ)句：For-Loop；而并行同時(shí)語(yǔ)句也還有方塊語(yǔ)句(Block)、組件定義(Component)與組件映像(Port Map)等多個(gè)模塊化語(yǔ)法。而使用“For-Loop”編寫此類有重復(fù)動(dòng)作需求的代碼無(wú)疑是最簡(jiǎn)單直觀的：

……
Architecture a OF hf IS
Begin
Process(s)
Variable Tmp: Std_Logic;
Begin
Tmp:=‘0’；
For I In 0 to 2 Loop
Tmp:=Tmp XOR s(I);
End Loop;
Z<=s & Tmp;
End Process;
End a;

其他更加簡(jiǎn)單的方法，限于篇幅與本文主 旨，在此就不予深究了。

4結(jié)束語(yǔ)

從以上不同解法可以看出，各種基本的表達(dá)

方式均有各自的特點(diǎn)：采用“When -Else”表達(dá)式(解法1)與“When -Else-When”表達(dá)式(解法2)編寫編寫代碼的優(yōu)點(diǎn)是直觀，但是代碼很多，欲實(shí)現(xiàn)復(fù) 雜的功能時(shí)工作量將會(huì)很大；采用“IF-Else”表達(dá)式(解法4)編寫代碼的優(yōu)點(diǎn)是直觀與簡(jiǎn)單并舉，尤其是允許使用由邏輯運(yùn)算符(And、Or等等)寫成的組合條件更是精簡(jiǎn)了不少代碼。

另外，在編寫VHDL程序的過(guò)程中，不同的 表達(dá)式中，表示語(yǔ)句結(jié)束的符號(hào)是不同的，這一點(diǎn)在 我們學(xué)習(xí)和使用VHDL的過(guò)程中值得特別留意。

參考文獻(xiàn)

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何鋒 男，1979年出生，本科，研究方向?yàn)?a href="http://srfitnesspt.com/v/tag/1751/" target="_blank">硬件描述語(yǔ)言設(shè)計(jì)，嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。