近年来，随着集成电路技术和EDA技术的不断发展，集设计、模拟、综合和测试功能为一体的VHDL语言，已作为IEEE标准化的硬件描述语言。因此，对VHDL设计中简化电路结构，优化电路设计的问题进行深入探讨，很有必要。
VHDL设计电路优化问题是一个重要的议题，尤其是在现代集成电路技术和电子设计自动化（EDA）技术高度发展的背景下。VHDL作为一种标准化的硬件描述语言，已经广泛应用于电路设计、模拟、综合和测试，它允许设计师以抽象的方式描述硬件行为，然后转换为具体的电路实现。
电路优化在VHDL设计中至关重要，因为这直接影响到最终硬件的性能、面积和功耗。优化策略主要包括以下几个方面：
1. **选择合适的PLD器件**：可编程逻辑器件（PLD）如FPGA和CPLD有固定的逻辑资源限制。设计师必须考虑器件的结构与实际设计的匹配性，确保系统性能最大化。这包括对器件逻辑单元、查找表、I/O口和其他资源的合理利用。
2. **避免无效的VHDL语句**：在VHDL编程时，应避免使用不被综合器支持的语句，如`WAIT FOR`和`AFTER`语句，因为它们可能导致仿真和综合结果不一致。此外，声明信号和变量时不赋初值，使用常量而非变量初始化，可以提高综合效率。
3. **使用有效的关联方式**：在函数和过程调用时，推荐使用名称关联而不是位置关联，以防止错误的端口连接。同时，避免在一个语句中混合使用这两种关联方式。
4. **恰当使用条件语句**：避免使用不完整的`IF...ELSE`语句，以防止生成不必要的锁存器结构，这会导致电路复杂度增加。使用`WHEN...ELSE`完整条件语句可以避免这种问题，从而优化电路设计。
5. **优化算术操作**：在编写VHDL代码时，注意算术表达式的顺序，以减少延迟和提高运算速度。例如，通过并行运算和合理安排加法器的组合，可以显著提高计算效率。
6. **减少逻辑冗余**：通过减少不必要的逻辑路径和节点延时，可以提高系统的运行速度。这可能涉及到逻辑门级的简化，以及在设计中避免深度优先级的逻辑结构。
7. **合理布局布线**：在FPGA设计中，考虑逻辑单元的物理布局和布线策略，可以有效地减小信号传播延迟，提升系统速度。
8. **时序分析和约束设置**：正确设置时序约束有助于优化设计的时序性能，确保电路在规定时间内完成操作。
9. **并行处理**：尽可能地并行处理任务，利用FPGA的并行计算能力，提高系统吞吐率。
10. **复用设计**：重复使用设计模块，避免重复设计，可以节省资源并提高设计一致性。
通过以上策略，设计师可以有效地优化VHDL设计，提高电路的性能，减少资源消耗，并确保设计满足预期的系统需求。在实际工程中，结合VHDL语言的灵活性和EDA工具的功能，设计师需要根据具体项目进行权衡，找到最佳的优化方案。
