FPGA实验：基于VHDL的一位数值比较器设计

"西安交通大学软件学院 FPGA 第四次实验报告，主要涉及使用VHDL语言在ISE集成环境中设计和实现一位数值比较器。学生通过实验学习VHDL语言语法，创建简单电路结构化描述，以及使用ISE环境和Modelsim进行仿真测试。" 在本次实验中，学生需要掌握以下关键知识点： 1. **FPGA开发基础**：FPGA（Field-Programmable Gate Array）是可编程逻辑器件，允许用户根据需求自定义硬件逻辑。Xilinx的ISE（Integrated Software Environment）是用于设计、仿真和实现FPGA方案的常用工具。 2. **VHDL语言**：VHDL（VHSIC Hardware Description Language）是一种硬件描述语言，用于描述数字系统的结构和行为。它被用于FPGA和ASIC设计，提供了结构化描述方法，使得设计更易于理解和维护。 3. **一位数值比较器**：比较器电路用于比较两个数字信号的大小。在这个实验中，设计的是一位比较器，它接收两个一位的输入`a`和`b`，当它们相等时，输出`equal`为`1`，否则输出为`0`。 4. **VHDL代码实现**： - `ENTITY`定义了硬件实体，即比较器的输入和输出接口。 - `ARCHITECTURE`描述了实体的行为，这里使用了行为级描述，通过`PROCESS`来实现比较逻辑。 - 在`PROCESS`中，当`a`不等于`b`时，`equal`被赋值为`'0'`；否则，`equal`被赋值为`'1'`。 5. **ISE集成环境**：ISE提供了项目管理、代码编辑、编译、仿真和实现等功能。学生需要学会如何在该环境中创建新工程，指定目标芯片（如XC3S200-5）和封装信息。 6. **Testbench创建与仿真**：Testbench是用于验证设计功能的虚拟测试平台。在VHDL中，可以创建一个独立的测试程序来模拟输入信号并观察输出。实验中使用Modelsim进行仿真，这是一种常用的FPGA和ASIC设计仿真软件。 7. **数据流描述与行为级描述**：数据流描述强调数据的流动和运算，而行为级描述则更侧重于描述系统的操作过程和时序。在本实验中，行为级描述更便于实现简单的逻辑判断。 通过这个实验，学生不仅学习了基本的FPGA设计流程，还对VHDL语言的使用有了实践体验，同时掌握了使用ISE进行项目管理和Modelsim进行仿真的技能。此外，实验总结部分还强调了理解数据流描述和行为级描述的区别，这是设计复杂系统时的重要概念。