第五章VHDL语言的对象和数据类型及运算操作符.ppt

第5章 VHDL语言的对象和数据类型及运算操作符,5.1 VHDL文字规则,5.1.1 数字,整数：整数都是十进制的数，如： 5， 678， 0， 156E2(=15600)， 45_234_287 (=45234287),实数：实数也都是十进制的数，但必须带有小数点，如： 1.335， 88_670_551.453_909(=88670551.453909)，1.0，44.99E-2(=0.4499),以数制基数表示的文字：用这种方式表示的数由五个部分组成。 SIGNAL d1,d2,d3,d4,d5 : INTEGER RANGE 0 TO 255; d1 = 10#170# ; - (十进制表示，等于 十进制 170) d2 = 16#FE# ; - (十六进制表示，等于 十进制 254) d3 = 2#1111_1110#; - (二进制表示，等于 十进制 254) d4 = 8#376# ; - (八进制表示，等于 十进制 254) d5 = 16#E#E1 ; - (十六进制表示，等于 十进制 224),物理量文字(VHDL综合器不接受此类文字)。如： 60s (60秒)， 100m (100米)， k (千欧姆)， 177A (177安培),5.1 VHDL文字规则,5.1.2 字符串,（2）文字字符串,（3）数位字符串,用单引号括起来的ASCII字符，如：R，a，1，-,B：二进制基数符号，表示二进制位0或1，在字符串中的每位表示一个Bit。,O：八进制基数符号，在字符串中的每一个数代表一个八进制数，即代表一个3 位(BIT)的二进制数。,X：十六进制基数符号(0F)，代表一个十六进制数，即一个4位的二进制数。,data1 = B“1_1101_1110“ - 二进制数数组，位矢数组长度是9 data2 = O“15“ - 八进制数数组，位矢数组长度是6 data3 = X“AD0“ - 十六进制数数组，位矢数组长度是12 data4 = B“101_010_101_010“ - 二进制数数组，位矢数组长度是12 data5 = “101_010_101_010“ -表达错误，缺B。 data6 = “0AD0“ -表达错误，缺X。,（1）字符,“ERROR“ ， “Both S and Q equal to 1“ ， “X“ ， “BB$CC“,5.1 VHDL文字规则,5.1.3 标识符,标识符是最常用的操作符，可以是常数、变量、信号、端口、子程序或参数的名字。VHDL基本标识符的书写需遵循如下规则： l有效的字符：包括26个大小写英文字母，数字包括09 以及下划线“_”。 l任何标识符必须以英文字母开头。 l必须是单一下划线“_”，且其前后都必须有英文字母或数字。 l标识符中的英语字母不分大小写。 l允许包含图形符号(如回车符、换行符等)，也允许包含空格符。,合法的标识符： A, fft，and_4， max2uc,非法的标识符： 21A, _fft，and_ _4， max#2uc，a-b，return,5.1 VHDL文字规则,5.1.4 下标名,下标名用于指示数组型变量或信号的某一元素。 格式： 标识符(表达式) 标识符必须是数组型的变量或信号的名字，表达式所代表的值必须是数组下标范围中的一个值，这个值将对应数组中的一个元素。如果这个表达式是一个可计算的值，则此操作数可很容易地进行综合。如果是不可计算的，则只能在特定的情况下综合。,下例的两个下标名中一个是m，属不可计算，另一个是3，属可计算的。 SIGNAL a，b : BIT_VECTOR (0 TO 3) ; SIGNAL m : INTEGER RANGE 0 TO 3 ; SIGNAL y，z : BIT ; y = a(m) ; - 不可计算型下标表示 z = b(3) ; - 可计算型下标表示,5.2 数据类型,标量型(Scalar Type),复合类型(Composite Type),存取类型(Access Type),文件类型(Files Type),5.2.1 VHDL的预定义数据类型,1. 布尔(BOOLEAN)数据类型,2. 位(BIT)数据类型 如：constant a: bit :=1; variable q: bit :=0; signal a,b: bit;,3. 位矢量(BIT_VECTOR)数据类型 如：signal s: bit_vector (15 downto 0); constant q: bit_vector (3 downto 0) :=“0110”;,5.2.1 VHDL的预定义数据类型,4. 字符(CHARACTER)数据类型 通常用单引号括起来，区分大小写。,6. 实数(REAL)数据类型 如：variable q: real range 0.0 to 255.0; constant a: real :=1.0;,1.0 十进制浮点数 0.0 十进制浮点数 65971.333333 十进制浮点数 65_971.333_3333 与上一行等价 8#43.6#e+4 八进制浮点数 43.6E4 十进制浮点数,5. 字符串(STRING)数据类型,如：VARIABLE string_var : STRING (0 TO 3 ) ; string_var := “a b c d“ ；,8. 时间(TIME)数据类型,TYPE time IS RANGE 2147483647 TO 2147483647 units fs ; - 飞秒，VHDL中的最小时间单位 ps = 1000 fs ; - 皮秒 ns = 1000 ps ; - 纳秒 us = 1000 ns ; - 微秒 ms = 1000 us ; - 毫秒 sec = 1000 ms ; - 秒 min = 60 sec ; - 分 hr = 60 min ; - 时 end units ;,5.2.1 VHDL的预定义数据类型,7. 整数(INTEGER)数据类型 如：signal b: integer range 7 to 7; variable a : integer :=5;,5.2.2 IEEE预定义标准逻辑位与矢量,1. 标准逻辑位STD_LOGIC数据类型,2. 标准逻辑矢量(STD_LOGIC_VECTOR)数据类型,5.2 数据类型,5.2.3 其他预定义数据类型,1. 无符号数据类型(UNSIGNED TYPE),2. 有符号数据类型(SIGNED TYPE),5.2 数据类型,十进制的8可以作如下表示： UNSIGNED'(“1000“),两则无符号数据定义的示例： VARIABLE var : UNSIGNED(0 TO 10) ; SIGNAL sig : UNSIGNED(5 TO 0) ;,例如： SIGNED'(“0101“) 代表 +5，5 SIGNED'(“1011“) 代表 5,5.2.4 用户自定义数据类型,1. 枚举类型,2. 物理类型,5.2 数据类型,如： Type year is(Jan,Feb,Mar,Apr,May,Jun,Jul,Aug,Sep,Oct,Nov,Dec); Signal thismoth :year; result= sep else 0;,如： Type voltage is range 0 to 1000000000 Units uv; (基本单位) mv=1000uv; v=1000mv; End units;,5.2.5 数组类型,5.2 数据类型,限定性数组,限定性数组定义语句格式如下： TYPE 数组名IS ARRAY (数组范围)OF 数据类型 ； 如：type word is array(0 to 7)of std_logic;,非限定性数组,非限制性数组的定义语句格式如下： TYPE 数组名IS ARRAY (数组下标名RANGE )OF 数据类型; 如：type word is array (natural range)of bit;,5.2.5 数组类型,5.2 数据类型,数组的元素可以是任何一种数据类型，用以定义数组元素的下标范围子句决定了数组中元素的个数，以及元素的排序方向，既下标数是由高到低，或是由低到高。 如子句“0 TO 7”是由低到高排序的8个元素； 即：a(0)a(1)a(2)a(7)。 “15 DOWNTO 0”是由高到低排序的16个元素; 即：a(15)a(14)a(13) a(0) 。,5.3 VHDL操作符,5.3.1 逻辑操作符,表5-1 VHDL操作符列表,表5-1 VHDL操作符列表,接上页,表5-2 VHDL操作符优先级,5.3.1 逻辑操作符,【例5-4】 SIGNAL a ，b，c : STD_LOGIC_VECTOR (3 DOWNTO 0) ； SIGNAL d，e，f，g : STD_LOGIC_VECTOR (1 DOWNTO 0) ； SIGNAL h，I，j，k : STD_LOGIC ； SIGNAL l，m，n，o，p : BOOLEAN ； . a=b AND c; -b、c 相与后向a赋值，a、b、c的数据类型同属4位长的位矢量 d=e OR f OR g ; - 两个操作符OR相同，不需括号 h=(i NAND j)NAND k ； - NAND不属上述三种算符中的一种，必须加括号 l=(m XOR n)AND(o XOR p); - 操作符不同，必须加括号 h=i AND j AND k ; - 两个操作符都是AND，不必加括号 h=i AND j OR k ; - 两个操作符不同，未加括号，表达错误 a=b AND e ; - 操作数b 与 e的位矢长度不一致，表达错误 h=i OR l ; - i 的数据类型是位STD_LOGIC，而l的数据类型是 . - 布尔量BOOLEAN，因而不能相互作用，表达错误。,5.3.1 逻辑操作符,5.3.2 关系操作符,【例5-5】 ENTITY relational_ops_1 IS PORT ( a，b : IN BITVECTOR (0 TO 3) ; m : OUT BOOLEAN) ; END relational_ops_1 ; ARCHITECTURE example OF relational_ops_1 IS BEGIN output = (a = b) ; END example ;,【例5-6】 ENTITY relational_ops_2 IS PORT (a，b : IN INTEGER RANGE 0 TO 3 ; m : OUT BOOLEAN) ; END relational_ops_2 ; ARCHITECTURE example OF relational_ops_2 IS BEGIN output = b) ; END example ;,六种关系运算操作符： “ = ”(等于)、 “/=”(不等于)、 “ ”(大于)、 “=”(大于等于) “=”(小于等于),5.3.3 算术操作符,表5-3 算术操作符分类表,1. 求和操作符,【例5-7】 VARIABLE a，b ，c ,d ，e ,f : INTEGER RANGE 0 TO 255 ; . a := b + c ; d := e f ;,【例5-8】 PROCEDURE adding_e (a :IN INTEGER ; b :INOUT INTEGER )IS . b := a + b ;,【例5-9】 PACKAGE example_arithmetic IS TYPE small_INt IS RANGE 0 TO 7 ; END example_arithmetic ; USE WORK.example_arithmetic.ALL ; ENTITY arithmetic IS PORT (a，b : IN SMALL_INT ; c : OUT SMALL_INT) ; END arithmetic ; ARCHITECTURE example OF arithmetic IS BEGIN c = a + b ; END example ;,2. 求积操作符,5.3.3 算术操作符,3. 符号操作符,求积操作符包括 * (乘)、 / (除)、MOD(取模)和RED(取余)四种操作符。,符号操作符“+”和“”的操作数只有一个,5.3.3 算术操作符,4. 混合操作符,【例5-10】 SIGNAL a，b : INTEGER RANGE 8 to 7 ; SIGNAL c : INTEGER RANGE 0 to 15 ; SIGNAL d : INTEGER RANGE 0 to 3 ; a = ABS(b) ; c = 2 * d ;,混合操作符包括乘方“*”操作符和取绝对值“ABS”操作符两种,SLL逻辑左移 SRL逻辑右移 移空的位补零 SLA算术左移 SRA算术右移 移空的位由最初首位补 ROL逻辑循环左移 ROR逻辑循环右移 移出的位依次填补移空的位,5.3.3 算术操作符,5. 移位操作符,移位操作符的语句格式是： 标识符 移位操作符 移位位数 ；,例： “1001001” SLL 1=“0010010” “1001001” SRL 1=“0100100” “1001001” SLA 1=“0010011” “1001001” SRA 1=“1100100” “1001001” ROL 1=“0010011” “1001001” ROR 1=“1100100”,5.4 VHDL数据对象（Data Objects）,常量（Constant） 固定值，不能在程序中被改变 增强程序的可读性，便于修改程序 可在Package、Entity、Architecture、Process、Function、Procedure中进行定义，其有效范围也相应限定 书写格式： Constant 常量名，常量名：数据类型：=表达式； 例：Constant data_bus_width: integer := 8;,5.4 VHDL数据对象（Data Objects）,信号（Signals） 代表连线，Port也是一种信号 没有方向性，可给它赋值，也可当作输入 在Package、Entity、Architecture中定义 设定的初始值在综合时没有用，只是在仿真时在开始设定一个起始值。 用 = 进行赋值 用 : = 进行初始化 signal count：bit_vector(3 downto 0):=“0011”;,5.4 VHDL数据对象（Data Objects）,变量（Variable） 临时数据，没有物理意义 只能在Process、Function、 Procedure中定义，并只在其内部有效， 要使其全局有效，先转换为Signal。 用 := 进行赋值 用 := 进行初始化 variable result : std_logic := 0;,信号与变量的区别,architecture rtl of start is signal count : integer range 0 to 7; begin process(clk) begin if (clk'event and clk='1') then count = count + 1; if(count=0) then carryout = '1' else carryout = '0' end if; end if; end process; end rtl;,architecture rtl of start is begin process(clk) variable count : integer range 0 to 7; begin if (clk'event and clk='1') then count := count + 1; if(count=0) then carryout = '1' else carryout = '0' end if; end if; end process; end rtl;,信号与变量的区别,architecture a of start is signal tmp : std_logic; begin process(a_bus) begin tmp = '1' for i in 3 downto 0 loop tmp = a_bus(i) and tmp; end loop; carryout = tmp; end process; end a;,architecture a of start is begin process(a_bus) variable tmp:std_logic; begin tmp := '1' for i in 3 downto 0 loop tmp := a_bus(i) and tmp; end loop; carryout = tmp; end process; end a;,