VHDL语言入门的基本教程.ppt

VHDL，全称为Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language，是一种高级的硬件描述语言，用于描述数字系统的功能和行为。它的出现旨在提高电路设计的效率，缩短设计周期，并降低设计成本。VHDL的设计者可以对电路进行抽象级别的描述，这使得设计可以应用于不同的工艺流程。同时，VHDL的设计允许在实际制造之前通过仿真进行功能验证，从而减少错误的发生。 VHDL具有以下主要特点： 1. **多层次描述**：VHDL支持从行为级到门级的多层次描述，这使得设计师能够从高层次的概念出发，逐步细化到具体电路的实现。 2. **良好的可读性**：VHDL的语法结构接近于自然语言，易于理解和阅读，同时也能被计算机解析。 3. **工艺无关性**：VHDL代码与具体的制造工艺无关，使得设计可以在不同的硬件平台上复用。 4. **IEEE标准**：VHDL是IEEE 1164标准的一部分，这保证了它的广泛接受度和兼容性。 VHDL语言的基础包括以下几个部分： **3.1 VHDL语言基础**： 在VHDL中，标识符是定义常量、变量、信号、端口、子程序或参数名称的关键元素。标识符有特定的规则，如首字符必须是字母，末字符不能是下划线，不允许连续的双下划线，不区分大小写，且不能使用VHDL预定义的保留字。保留字包括如“ABS”，“ACCESS”，“ARCHITECTURE”等，它们具有特殊的含义，不能作为自定义标识符使用。注释通常以两个连续的破折号（--）开头。 **3.2 VHDL基本结构**： VHDL的基本结构包括实体（Entity）、架构（Architecture）、包（Package）、库（Library）等。实体用于描述硬件接口，架构则描述其实现的逻辑。包用于封装常用实体、类型和其他实体的集合，方便重用。库则用于组织和管理设计文件。 **3.3 VHDL语句**： VHDL语句涵盖了各种类型的控制结构，如进程（Process）、选择结构（Case Statement）、并行语句（Parallel Statement）等。这些语句允许设计师描述复杂的时序和并行行为。 **3.4 状态机在VHDL中的实现**： 状态机是数字系统设计中常见的结构，VHDL通过定义类型（Type）、变量（Variable）、信号（Signal）和case语句来实现状态机。状态转换逻辑通常在进程中描述，而状态寄存器和输出逻辑则在架构中定义。 **3.5 常用电路VHDL程序**： VHDL可以描述各种基本和复杂的数字电路，如加法器、移位寄存器、计数器、多路复用器等。这些电路的VHDL实现通常包括输入、输出的声明，逻辑运算的描述以及可能的状态机逻辑。 **3.6 VHDL仿真**： VHDL仿真允许在设计阶段对电路进行测试和验证。通过编写测试平台（Testbench），模拟输入信号，观察输出结果，以确保设计符合预期。 **3.7 VHDL综合**： 综合是将VHDL描述转化为实际硬件门级网表的过程。综合工具根据设计规范和目标器件特性优化逻辑，生成可编程逻辑器件（如FPGA或ASIC）的配置文件。 VHDL提供了一种强大的工具，使硬件设计者能够在软件环境中设计、验证和实现数字系统。通过学习和掌握VHDL，工程师可以更高效地设计出复杂的数字电路，并确保其在实际应用中的正确性和可靠性。