VHDL入门：硬件描述语言基础与CPLD设计

"这篇讲义主要介绍了VHDL数据类型，包括标量类型和复合类型，作为CPLD设计的基础。VHDL是一种硬件描述语言，适用于设计复杂的数字电路系统，具有与硬件独立、可重复使用、有丰富的软件支持等优点。此外，还提到了上机安排以及VHDL与计算机语言的不同之处。" 在VHDL中，数据类型是设计电路时的关键元素，它们定义了信号和变量的数据范围和操作。VHDL提供了多种数据类型，以满足不同类型的数字系统设计需求。 1. **标量类型（Scalar）**：这是最基本的类型，包括： - **枚举（Enumeration）**：用户可以自定义的一组符号，例如二进制状态机中的各种状态。 - **整数（Integer）**：整数值，通常用于表示计数或索引等。 - **浮点数（Float）**：在VHDL中不直接支持，但可以通过库函数实现近似的浮点运算。 - **物理（Physical）**：用于表示物理量，如时间、频率等。 2. **复合类型（Composite）**：这些类型用于表示更复杂的数据结构： - **位向量（Bit Vector）**：标准库中的“std_logic_vector”或“unsigned”、“signed”，用于表示多位二进制数据。 - **数组（Array）**：可以定义一维或多维数组，存储相同类型的数据。 - **记录（Record）**：类似结构体，包含多个不同类型的字段。 - **包（Package）**：定义一组相关的类型、常量、函数和过程，方便复用。 VHDL的设计流程涵盖了组合电路、时序电路、状态机和层次化设计。组合电路描述的是输入与输出之间的逻辑关系，不考虑时间顺序；时序电路则考虑了信号的变化顺序，通常包括寄存器和触发器；状态机是基于状态变化的控制逻辑，用于实现复杂的控制流程；层次化设计允许将大系统分解为多个模块，便于管理和复用。 VHDL与传统的计算机编程语言有显著区别，它不是在CPU上运行的程序，而是用来描述硬件行为的模型。VHDL设计通过综合工具转换成实际的逻辑门电路，而计算机语言则直接在处理器上执行指令。VHDL的执行方式是并行的，与硬件的运作方式相匹配，而计算机语言通常采用顺序执行。 上机安排部分列出了不同时间的课程安排，涉及通信和电信专业学生的学习进程，表明VHDL教学是分阶段进行的，覆盖了VHDL的基础知识和应用。 VHDL作为硬件描述语言，不仅提供了丰富的数据类型来描述各种数字系统，还具有与硬件无关、易于理解、支持复用和层次化设计等优点，是CPLD和FPGA设计的重要工具。同时，学习VHDL还需要理解其与传统编程语言的差异，以更好地进行硬件描述和设计。