VHDL行为描述语句详解:结构与实例
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更新于2024-08-13
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VHDL(VHSIC Hardware Description Language,复杂可编程门阵列硬件描述语言)是一种广泛用于描述数字系统行为的高级硬件描述语言。在功能描述语句的实例中,我们观察到VHDL架构(Architecture)的使用,这是设计实体(Entity)行为的核心部分。在给出的【例1-4】中,着重展示了VHDL的基本组成部分和语法。
**1. VHDL程序结构**
- **实体(Entity)**:实体定义了设计的输入端口(如PORT(a, b: IN BIT; s: IN BIT; y: OUT BIT))和输出端口,它是VHDL设计的基本单元。例如,`ENTITY mux21a`定义了一个多路选择器,接受两个输入(a和b),一个选择信号(s)以及一个输出(y)。
- **架构(Architecture)**:实体的实现细节在架构中描述,包括过程(Process)、变量(Variable)、信号(Signal)和数据流控制(如IF-ELIF-ELSE结构)。例如,`ARCHITECTURE behav OF and2`中,有一个处理过程,它根据输入信号`al`和`a0`赋值给变量`zdf`,并根据`zdf`的状态更新输出`z0`。
**2. VHDL语言要素**
- **变量和信号**:VHDL允许使用`VARIABLE`声明变量(如`zdf`)和`SIGNAL`声明信号(如`s`、`a`、`b`等)。变量是局部存储,而信号则是设计中的共享数据。
- **行为描述**:VHDL强调行为描述,通过过程来模拟硬件组件的时序逻辑。例如,`TRANSPORT`关键字用于指定信号变化的时机,如`z0<=TRANSPORT zdf AFTER trise`表示信号在特定时间后传输。
- **仿真与逻辑综合**:VHDL的丰富仿真语句和库函数支持早期设计验证。设计完成后,可以利用EDA工具(Electronic Design Automation)进行逻辑综合,将VHDL转化为网表文件,便于实际硬件实现。
- **独立性和可扩展性**:VHDL的设计描述具有一定的独立性,可以通过修改类属描述语句改变设计规模和结构,支持模块化设计和复用。
**3. VHDL的基本描述语句**
- **结构描述**:如实体定义、架构定义、过程流程控制等,这些描述语句构成了VHDL程序的基本结构。
- **行为描述**:通过IF-ELIF-ELSE语句实现条件控制,如例3中的多路选择器根据`s`信号的不同值选择a或b作为输出。
总结来说,这章节主要讲解了VHDL语言的基本结构和要素,通过实例演示了如何使用VHDL描述一个多路选择器的逻辑功能。学习者将理解如何在VHDL中声明输入/输出端口、创建信号和变量,以及如何利用行为描述语句来编写硬件组件的时序逻辑。掌握这些基础知识是进行更复杂VHDL设计的关键。
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