VHDL入门：Entity与Architecture详解及构造

VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）是一种专门用于描述数字系统行为的高级硬件描述语言，它在电子设计自动化（EDA）领域中占据重要地位。本文主要讲解了VHDL的基础概念，包括实体（Entity）、架构（Architecture）以及相关的设计单元。 **1. Entity（实体）** 在VHDL中，一个实体（Entity）是系统的基本组成部分，它定义了一个硬件模块的功能接口。实体由以下几个部分组成： - **Entity名**：命名规则通常遵循标识符的命名规范，用于唯一标识该实体。 - **PORT（端口）**：实体的主要组成部分，定义了模块的输入（IN）、输出（OUT）、双向（INOUT）、缓冲器（BUFFER）和链接（LINKAGE）等类型的信号接口。每个端口都有名称、方向和数据类型，如`PORT(端口名1: IN INTEGER, 端口名N: OUT BOOLEAN)`。 - **端口说明**：可能包括端口的驱动能力和敏感性列表，用于描述信号的驱动方式和响应行为。 - **EndEntity**：标志着实体定义的结束。 **2. Architecture（架构）** 实体的内部结构和行为由架构（Architecture）来描述。架构定义了实体如何实现其功能，通常包含以下元素： - **Architecture名**：与实体名相对应，如`STRUCT`。 - **of 实体名**：表明这是哪个实体的架构。 - **定义语句**：包括内部信号、常量、元件、数据类型、函数等的声明和初始化。 - **并行处理语句和块（Block）、进程（Process）、函数、过程**：描述实体的行为，如同步或异步逻辑、定时器、计数器等。 - **EndArchitecture**：表示架构定义的结束。 **3. 其他设计单元** 除了Entity和Architecture，VHDL还包括其他可独立编译的结构： - **Package（包）**：类似于软件中的库，包含信号定义、常量、数据类型、元件声明等，用于复用代码。 - **PackageBody（包体）**：具体实现包中定义的内容，允许有独立的端口定义。 - **Configuration（配置）**：描述层次间的连接关系，如实体与架构的关联，以及外部接口与内部实现的映射。 - **Library（库）**：存储VHDL对象（如包、实体、架构等）的集合，包括标准库（如STD和IEEE）、面向ASIC定制库及用户自定义库。 **4. VHDL对象和数据类型** VHDL中的对象包括： - **Constant（常量）**：固定不变的数值，一旦声明就不能改变。 - **Variable（变量）**：可变的存储单元，可以通过`=:`赋值，实时反映新值。 - **Signal（信号）**：中间状态的存储单元，通过`<=`赋值，值的更新可能延迟，适用于描述系统状态。 总结来说，VHDL的核心是定义模块接口（Entity）和实现细节（Architecture），并通过包、配置和库管理结构，使得硬件设计更加模块化、可复用和灵活。理解这些基础知识对于编写高效且易于维护的VHDL代码至关重要。