VHDL的常見語法結(jié)構(gòu)

　　一個VHDL程序代碼包含實體（entity）、結(jié)構(gòu)體（architecture）、配置（configuration）、程序包（package）、庫（library）等。

　　一、數(shù)據(jù)類型

　　1.用戶自定義數(shù)據(jù)類型

　　使用關(guān)鍵字TYPE，例如：

　　TYPE my_integer IS RANGE -32 TO 32;

　　–用戶自定義的整數(shù)類型的子集

　　TYPE student_grade IS RANGE 0 TO 100;

　　–用戶自定義的自然數(shù)類型的子集

　　TYPE state IS （idle， forward， backward， stop）;

　　–枚舉數(shù)據(jù)類型，常用于有限狀態(tài)機的狀態(tài)定義

　　一般來說，枚舉類型的數(shù)據(jù)自動按順序依次編碼。

　　2.子類型

　　在原有已定義數(shù)據(jù)類型上加一些約束條件，可以定義該數(shù)據(jù)類型的子類型。VHDL不允許不同類型的數(shù)據(jù)直接進行操作運算，而某個數(shù)據(jù)類型的子類型則可以和原有類型數(shù)據(jù)直接進行操作運算。

　　子類型定義使用SUBTYPE關(guān)鍵字。

　　3.數(shù)組（ARRAY）

　　ARRAY是將相同數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)集合在一起形成的一種新的數(shù)據(jù)類型。

　　TYPE type_name IS ARRAY （specification） OF data_type;

　　–定義新的數(shù)組類型語法結(jié)構(gòu)

　　SIGNAL signal_name： type_name ［：= initial_value］;

　　–使用新的數(shù)組類型對SIGNAL，CONSTANT， VARIABLE進行聲明

　　例如：

　　TYPE delay_lines IS ARRAY （L-2 DOWNTO 0） OF SIGNED （W_IN-1 DOWNTO 0）;

　　–濾波器輸入延遲鏈類型定義

　　TYPE coeffs IS ARRAY （L-1 DOWNTO 0） OF SIGNED （W_COEF-1 DOWNTO 0）;

　　–濾波器系數(shù)類型定義

　　SIGNAL delay_regs： delay_lines;– 信號延遲寄存器聲明

　　CONSTANT coef： coeffs ：= （）; –常量系數(shù)聲明并賦初值

　　4.端口數(shù)組

　　在定義電路的輸入/輸出端口時，有時需把端口定義為矢量陣列，而在ENTITY中不允許使用TYPE進行類型定義，所以必須在包集（PACKAGE）中根據(jù)端口的具體信號特征建立用戶自定義的數(shù)據(jù)類型，該數(shù)據(jù)類型可以供包括ENTITY在內(nèi)的整個設(shè)計使用。

　　—————————————PACKAGE———————————-

　　library ieee;

　　use ieee.std_logic_1164.all;

　　——————————————

　　PACKAGE my_data_types IS

　　TYPE vector_array IS ARRAY （natural range 《》） OF STD_LOGIC_VECTOR（7 DOWNTO 0）; –聲明8位的數(shù)組

　　END my_data_types;

　　———————————–Main Code—————————————

　　library ieee;

　　use ieee.std_logic_1164.all;

　　use work.my_data_types.all; –用戶自定義包集

　　——————————————————————

　　ENTITY mux IS

　　PORT （inp： IN vector_array（0 to 3）;

　　END mux;

　　——————————————————————————-

　　5.有符號數(shù)和無符號數(shù)

　　要使用SIGNED和UNSIGNED類型數(shù)據(jù)，必須在代碼開始部分聲明ieee庫中的包集std_logic_arith。它們支持算術(shù)運算但不支持邏輯運算。

　　library ieee;

　　use ieee.std_logic_1164.all;

　　use ieee.std_logic_arith.all;

　　……

　　SIGNAL a： IN SIGNED （7 DOWNTO 0）;

　　SIGNAL b： IN SIGNED （7 DOWNTO 0）;

　　SIGNAL x： IN SIGNED （7 DOWNTO 0）;

　　……

　　v 《= a + b;

　　w 《= a AND b;–非法（不支持邏輯運算）

　　——————————————————————————-

　　STD_LOGIC_VECTOR類型的數(shù)據(jù)不能直接進行算術(shù)運算，只有聲明了std_logic_signed和std_logic_unsigned兩個包集后才可以像SIGNED和UNSIGNED類型的數(shù)據(jù)一樣進行算術(shù)運算。

　　6.數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換

　　在ieee庫的std_logic_arith包集中提供了許多數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換函數(shù)：

　　1. conv_integer（p）：將數(shù)據(jù)類型為INTEGER，UNSIGNED，SIGNED，STD_ULOGIC或STD_LOGIC的操作數(shù)p轉(zhuǎn)換成INTEGER類型。不包含STD_LOGIC_VECTOR。

　　2． conv_unsigned（p，b）：將數(shù)據(jù)類型為INTEGER，UNSIGNED，SIGNED或STD_ULOGIC的操作數(shù)p轉(zhuǎn)換成位寬為b的UNSIGNED類型數(shù)據(jù)。

　　3． conv_signed（p，b）：將數(shù)據(jù)類型為INTEGER， UNSIGNED， SIGNED或STD_ULOGIC的操作數(shù)p轉(zhuǎn)換成位寬為b的SIGNED類型的數(shù)據(jù)。

　　4． conv_std_logic_vector（p， b）：將數(shù)據(jù)類型為INTEGER， UNSIGNED， SIGNED或STD_LOGIC的操作數(shù)p轉(zhuǎn)換成位寬為b的STD_LOGIC_VECTOR類型的數(shù)據(jù)。

　　二、運算操作符和屬性

　　1.運算操作符

　　l賦值運算符

　　賦值運算符用來給信號、變量和常數(shù)賦值。

　　《=用于對SIGNAL類型賦值；

　?。?用于對VARIABLE，CONSTANT和GENERIC賦值，也可用于賦初始值；

　　=》用于對矢量中的某些位賦值，或?qū)δ承┪恢獾钠渌毁x值（常用OTHERS表示）。

　　例：

　　SIGNAL x： STD_LOGIC;

　　VARIABLE y： STD_LOGIC_VECTOR（3 DOWNTO 0）;–最左邊的位是MSB

　　SIGNAL w： STD_LOGIC_VECTOR（0 TO 7）;–最右邊的位是MSB

　　x 《= ‘1’;

　　y ：= “0000”;

　　w 《= “1000_0000”;– LSB位為1，其余位為0

　　l邏輯運算符

　　操作數(shù)必須是BIT， STD_LOGIC或STD_ULOGIC類型的數(shù)據(jù)或者是這些數(shù)據(jù)類型的擴展，即BIT_VECTOR， STD_LOGIC_VECTOR，STD_ULOGIC_VECTOR。

　　VHDL的邏輯運算符有以下幾種：（優(yōu)先級遞減）

　　?NOT —— 取反

　　?AND —— 與

　　?OR —— 或

　　?NAND —— 與非

　　?NOR —— 或非

　　?XOR —— 異或

　　l算術(shù)運算符

　　操作數(shù)可以是INTEGER， SIGNED， UNSIGNED，如果聲明了std_logic_signed或std_logic_unsigned，可對STD_LOGIC_VECTOR類型的數(shù)據(jù)進行加法或減法運算。

　　+ —— 加

　　-—— 減

　　* —— 乘

　　/ —— 除

　　** —— 指數(shù)運算

　　MOD —— 取模

　　REM —— 取余

　　ABS —— 取絕對值

　　加，減，乘是可以綜合成邏輯電路的；除法運算只在除數(shù)為2的n次冪時才能綜合，此時相當(dāng)于對被除數(shù)右移n位；對于指數(shù)運算，只有當(dāng)?shù)讛?shù)和指數(shù)都是靜態(tài)數(shù)值（常量或GENERIC參數(shù)）時才是可綜合的；對于MOD運算，結(jié)果的符號同第二個參數(shù)的符號相同，對于REM運算，結(jié)果的符號同第一個參數(shù)符號相同。

　　l關(guān)系運算符

　　=， /=，

　　左右兩邊操作數(shù)的類型必須相同。

　　l移位操作符

　　其中左操作數(shù)必須是BIT_VECTOR類型的，右操作數(shù)必須是INTEGER類型的（可以為正數(shù)或負(fù)數(shù)）。

　　VHDL中移位操作符有以下幾種：

　　usll邏輯左移– 數(shù)據(jù)左移，右端補0；

　　usrl邏輯右移– 數(shù)據(jù)右移，左端補0；

　　usla算術(shù)左移– 數(shù)據(jù)左移，同時復(fù)制最右端的位，填充在右端空出的位置；

　　usra算術(shù)右移– 數(shù)據(jù)右移，同時復(fù)制最左端的位，填充在左端空出的位置；

　　urol循環(huán)邏輯左移 — 數(shù)據(jù)左移，從左端移出的位填充到右端空出的位置上；

　　uror循環(huán)邏輯右移 – 數(shù)據(jù)右移，從右端移出的位填充到左端空出的位置上。