VHDL的描述風(fēng)格.ppt

1、VHDL的描述風(fēng)格,1 行為描述方式 2 數(shù)據(jù)流描述方式（RTL描述方式） 3 結(jié)構(gòu)化描述方式,VHDL語(yǔ)言是通過結(jié)構(gòu)體具體描述整個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)體的邏輯功能。通常結(jié)構(gòu)體有四種不同的描述方式：行為描述方式（behavior）、數(shù)據(jù)流描述方式（dataflow）或寄存器RTL描述方式、結(jié)構(gòu)化描述方式（structural）以及混合描述方式。VHDL通過這四種不同的描述方式從不同的側(cè)面描述結(jié)構(gòu)體的功能。前三種是最基本的描述方式，他們組合起來就成為混合描述方式。 下面結(jié)合一個(gè)全加器來說明這四種描述風(fēng)格，全加器的端口示意圖如圖所示，其輸入輸出關(guān)系如表所示。,全加器的輸入輸出關(guān)系,輸入 輸出 c_in x y

2、c_out sum 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1,全加器框圖,一、 行為描述方式,行為描述輸入與輸出間轉(zhuǎn)換的行為，不需包含任何結(jié)構(gòu)信息，它對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)體按算法的路徑來描述。行為描述在EDA工程中通常被稱為高層次描述，設(shè)計(jì)工程師只需要注意正確的實(shí)體行為、準(zhǔn)確的函數(shù)模型和精確的輸出結(jié)果就可以了，無(wú)需關(guān)注實(shí)體的電路組織和門級(jí)實(shí)現(xiàn)。,例 1 : 1位二進(jìn)制數(shù)全加器 LIBRARY IEEE； USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL； ENTITY full_ad

3、der IS PORT（x，y，c_in : IN STD_LOGIC; Sum, c_out : OUT STD_LOGIC); END full_adder; ARCHITECTURE behav OF full_adder IS BEGIN PROCESS (x, y, c_in) VARIABLE n: INTEGER; CONSTANT sum_vector: STD_LOGIC_VECTOR (0 TO 3) := “0101”; CONSTANT carry_vector: STD_LOGIC_VECTOR (0 TO 3) := “0011”;,BEGIN n := 0; IF

4、 x = 1 THEN n := n+1; END IF; IF y = 1 THEN n:=n+1; END IF; IF c_in = 1 THEN n:=n+1; END IF; - (0 TO 3) sum = sum_vector (n) AFTER 2*tpd; - - sum_vector初值為“0101” c_out = carry_vector (n) AFTER 3*tpd; - - carry_vector初值為“0011” END PROCESS; - (0 TO 3) END behav;,輸入 輸出 c_in x y c_out sum 0 0 0 0 0 0 0

5、1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1,對(duì)照真值表解釋程序,二、數(shù)據(jù)流描述方式 數(shù)據(jù)流描述方式表示行為，也隱含表示結(jié)構(gòu)，它描述了數(shù)據(jù)流的運(yùn)動(dòng)路線、運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)結(jié)果。,對(duì)于全加器，用布爾方程描述其邏輯功能如下： s = x XOR y sum = s XOR c_in c_out = (x AND y) OR( s AND c_in),下面是基于上述布爾方程的數(shù)據(jù)流風(fēng)格的描述：,例 2 ：全加器 LIBRARY IEEE； USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL； ENTITY full

6、_adder IS GENERIC（tpd : TIME := 10 ns）； PORT（x，y，c_in : IN STD_LOGIC; Sum, c_out : OUT STD_LOGIC); END full_adder; ARCHITECTURE dataflow OF full_adder IS BEGIN s = x XOR y AFTER tpd; sum = s XOR c_in AFTER tpd; c_out = (x AND y) OR( s AND c_in) AFTER 2* tpd; END dataflow；,三、結(jié)構(gòu)描述方式,結(jié)構(gòu)化描述方式就是在多層次的設(shè)計(jì)中，

7、高層次的設(shè)計(jì)可以調(diào)用低層次的設(shè)計(jì)模塊，或直接用門電路設(shè)計(jì)單元來構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜邏輯電路的方法。利用結(jié)構(gòu)化描述方法將已有的設(shè)計(jì)成果方便地用于新的設(shè)計(jì)中，能大大提高設(shè)計(jì)效率。在結(jié)構(gòu)化描述中，建模的焦點(diǎn)是端口及其互連關(guān)系。,三、結(jié)構(gòu)描述方式,結(jié)構(gòu)化描述的建模步驟如下： （1）元件說明 （2）元件例化 （3）元件配置 元件說明用于描述局部接口；元件例化是要相對(duì)于其他元件來放置該元件；元件配置用于指定元件所用的設(shè)計(jì)實(shí)體。,對(duì)于上圖給出的全加器端口結(jié)構(gòu)，可以認(rèn)為它是由兩個(gè)半加器和一個(gè)或門組成的 。 基于上圖所示的結(jié)構(gòu)，可以寫出全加器的結(jié)構(gòu)化描述設(shè)計(jì)程序如下。,例：全加器的結(jié)構(gòu)化描述 LIBRARY IEEE；

8、 USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL； ENTITY half_adder IS GENERIC（tpd：TIME:=10 ns）； PORT（in1, in2: IN STD_LOGIC; sum, carry: OUT STD_LOGIC); END half_adder; ARCHITECTURE rtl OF half_adder IS BEGIN PROSESS (in1, in2),BEGIN sum = in1 XOR in2 AFTER tpd; carry = in1 AND in2 AFTER tpd; END PROCESS; END rtl; - -

9、半加器設(shè)計(jì)完畢 LIBRARY IEEE； USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL； ENTITY or_gate IS GENERIC（tpd：TIME:=10 ns）； PORT（in1, in2: IN STD_LOGIC; out1: OUT STD_LOGIC); END or_gate;,ARCHITECTURE rtl OF or_gate IS BEGIN out1 = in1 OR in2 AFTER tpd; END rtl; - - 或門設(shè)計(jì)完畢 LIBRARY IEEE； USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL； ENTITY full_

10、adder IS GENERIC（tpd：TIME：=10 ns）； PORT（x，y，c_in: IN STD_LOGIC; Sum, c_out: OUT STD_LOGIC); END full_adder;,ARCHITECTURE structural OF full_adder IS SIGNAL a, b, c:STD_LOGIC; COMPONENT half_adder PORT（in1, in2: IN STD_LOGIC; sum, carry: OUT STD_LOGIC); END COMPONENT; COMPONENT or_gate PORT（in1, in2:

11、 IN STD_LOGIC; out1: OUT STD_LOGIC); END COMPONENT; FOR u1,u2 : half_adder USE ENTITY WORK.half_adder (rtl); FOR u3: or_gate USE ENTITY WORK. or_gate (trl);,BEGIN u1: half_adder PORT MAP (x, y, b, a); u2: half_adder PORT MAP (c_in, b, sum, c); u3: or_gate PORT MAP (c, a, c_out); END structural;,由上例可

12、見，對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的電子系統(tǒng)，可以將其分解為若干個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)再分解成模塊，形成多層次設(shè)計(jì)。這樣，可以使更多的設(shè)計(jì)者同時(shí)進(jìn)行合作。在多層次設(shè)計(jì)中，每個(gè)層次都可以作為一個(gè)元件，再構(gòu)成一個(gè)模塊或系統(tǒng)，可以先分別仿真每個(gè)元件，然后再整體調(diào)試。所以說結(jié)構(gòu)化描述不僅是一種設(shè)計(jì)方法，而且是一種設(shè)計(jì)思想，是大型電子系統(tǒng)高層次設(shè)計(jì)的重要手段。,四、混合描述風(fēng)格,在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，可以采用上述三種描述方式的任意組合，這就是混合描述。同樣還是圖所給出端口結(jié)構(gòu)的全加器模型，其混合描述方式如下。,例:全加器的混合描述 LIBRARY IEEE； USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL； ENTIT

13、Y xor_gate IS GENERIC（tpd：TIME：=10 ns）； PORT（in1，in2: IN STD_LOGIC; out1: OUT STD_LOGIC); END xor_gate;,ARCHITECTURE behavioral OF xor_gate IS BEGIN out1 = in1 XOR in2 AFTER tpd; END behavioral; LIBRARY IEEE； USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL； ENTITY full_adder IS GENERIC（tpd：TIME：=10 ns）； PORT（x，y，c_in: IN STD_LOGIC; Sum, c_out: OUT STD_LOGIC); END full_adder;,ARCHITECTURE mix OF full_adder IS COMPONENT xor_gate PORT（in1, in2: IN STD_LOGIC; out1: OUT STD_LOGIC); END COMPONENT