VHDL编程实践指南第四版

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"VHDL Programming by Example 4th Ed - Douglas L. Perry" VHDL(Very High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language)是一种广泛应用于数字电路设计的硬件描述语言。本书《VHDL Programming by Example 4th Ed》是Douglas L. Perry编著的第四版,旨在通过实例教授读者如何使用VHDL进行设计和仿真。 在VHDL编程中,了解基本语法和结构是至关重要的。VHDL允许设计师以行为和结构两种方式描述数字系统,这使得它既适用于高层次的功能建模,也适用于低层次的逻辑门级描述。书中的实例将涵盖这些方面,帮助读者掌握VHDL的核心概念。 1. **VHDL的基本元素**: - **实体(Entity)**:定义硬件接口,包括输入、输出以及时钟信号等。 - **架构(Architecture)**:描述实体的内部工作,包括逻辑电路的实现。 - **库(Library)**:包含预定义的组件和数据类型,如IEEE库,其中包含了标准逻辑函数和数据类型。 - **包(Package)**:用于封装常用的数据类型和函数,提高代码的复用性。 - **进程(Process)**:模拟硬件中的并发操作,用于描述时序逻辑。 2. **VHDL的设计流程**: - **设计规格**:明确电路功能和性能需求。 - **编写VHDL代码**:根据规格创建实体和架构,描述电路行为。 - **仿真**:使用VHDL测试平台进行功能验证,检查设计是否满足预期。 - **综合**:将VHDL代码转换为具体的门级电路,这一过程可能涉及优化以减小面积或提高速度。 - **布局与布线**:在特定的 FPGA 或 ASIC 上分配物理资源并连接电路。 - **验证与调试**:在硬件上测试最终设计,确保其在实际环境中的正确性。 3. **VHDL的实例应用**: - **数字逻辑门**:例如AND、OR、NOT等基本逻辑门的描述。 - **计数器**:如模N计数器、二进制计数器和同步/异步计数器。 - **移位寄存器**:左移、右移和循环移位等操作。 - **加法器**:从半加器到多位全加器的实现。 - **状态机**:用于控制序列操作的有限状态机设计。 - **数据转换器**:如模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)的描述。 - **存储器**:ROM、RAM和FIFO的VHDL实现。 4. **VHDL的高级特性**: - **类型和子类型**:定义自定义数据类型,增强代码的可读性和灵活性。 - **数组**:用于表示并行数据处理的多个元素。 - **记录**:类似结构体的数据类型,可以组合多种数据类型。 - **包和子程序**:提高代码模块化和重用性。 - **异常处理**:在设计中加入错误检测和处理机制。 5. **VHDL的仿真工具**: - **ModelSim**:流行的仿真工具,支持VHDL和Verilog。 - **GHDL**:开源的VHDL仿真器。 - **Icarus Verilog**:虽主要针对Verilog,但也可用于VHDL仿真。 通过这本书,读者不仅可以学习到VHDL的基本语法,还能深入了解如何使用VHDL进行实际的设计工作,从而为电子工程和计算机科学领域的专业人员提供宝贵的实践指导。