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隨著集成電路技術的發展，用傳統的方法進行芯片或系統設計已不能滿足要求，迫切需要提高設計效率，因此能大大降低設計難度的VHDL設計方法被越來越廣泛地采用。用VHDL語言設計系統的主要方法是：設計者根據VHDL的語法規則，對系統目標的邏輯行為進行描述，然后通過綜合工具進行電路結構的綜合、編譯、優化，通過仿真工具進行邏輯功能仿真和系統時延的仿真，最后把設計的程序下載到芯片中，成功地實現系統功能。 在VHDL設計中，最常用的數據對象主要有三種：信號(signal)、變量(variable)和常數(constant)。信號是電子電路內部硬件連接的抽象。它除了沒有數據流動方向說明以外，其他性質幾乎和“端口”一樣；信號是一個全局量，它可以用來進行進程之間的通信。變量只能在進程語句、函數語句和過程語句結構中使用，是一個局部量。 在VHDL語言中，對信號賦值是按仿真時間進行的，到了規定的仿真時間才進行賦值，而變量的賦值是立即發生的。下面的例子是從賦初值的角度說明信號與變量的這種區別的。 例如用VHDL語言實現初值為A的十六進制的16個數的循環顯示。 對于如此的設計要求，如果用變量實現，則VHDL程序如下。 library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity sevenauto is port(clk:in std_logic; y:out std_logic_vector(6 downto 0)); end sevenauto; architecture behave of sevenauto is begin process(clk) variable count:std_logic_vector(3 downto 0); variable init:std_logic; begin if (clk''event) and (clk=''1'') then if (init = ''0'') then count:= "1001"; init:=''1' end if; count:=count+1; case count is when "0000"=＞y＜="1111110"; when "0001"=＞y＜="0110000"; when X"2"=＞y＜="1101101"; when X"3"=＞y＜="1111001"; when X"4"=＞y＜="0110011"; when X"5"=＞y＜="1011011"; when X"6"=＞y＜="1011111"; when X"7"=＞y＜="1110000"; when X"8"=＞y＜="1111111"; when X"9"=＞y＜="1111011"; when X"A"=＞y＜="1110111"; when X"B"=＞y＜="0011111"; when X"C"=＞y＜="1001110"; when "1101"=＞y＜="0111101"; when "1110"=＞y＜="1001111"; when "1111"=＞y＜="1000111"; when thers=＞y＜="XXXXXXX"; end case; end if; end process; end behave; 在程序中，定義了變量count，希望初始值為“1010”。通過實驗發現，在定義變量或信號時直接賦予初始值不能生效(如variable count:std_logic_vector(3 downto 0) :=“1010”)，它的初始值仍然是系統默認值(如count為“0000”)。正是利用這一點，通過init(初始值為''0'')來給count賦初值 A即“1010”，具體方法見程序中斜體部分。這樣，在第一個脈沖來時執行斜體部分if語句，而第二個脈沖來時由于init不為''0''而是 ''1''，因此不執行該部分語句，從而實現為count賦初值的功能，這樣程序從A開始進行數字的循環顯示。 如果把count類型改為signal，則結果將大不一樣。 signal cou nt: std_logic_vector(3 downto 0); process(clk) variable init :std_logic; begin if (clk''event) and (clk=''1'') then if (init = ''0'') then count＜= "1001"; --(1) init := ''1' end if; count＜=count+1; --(2) 由于信號的賦值不是立即發生的，在語句(1)后面還存在對信號count的賦值操作(2)，因此，語句(1)在此不起作用，count的最后值是語句 (2)的值。因此如果將count設為signal的話，程序實現的是從0開始的16個十六進制數的循環。在這里，對信號賦初值的語句是不可行的。 仿真結果 將設計好的VHDL程序在Altera公司提供的軟件maxplusⅡ10.1環境下進行編譯仿真，得到的仿真結果如圖1、圖2所示，其中圖1是 count為變量的結果，圖2是count為信號的結果，其中輸出y[6...0]分別與七段數碼管的abcdefg七段相連。 從圖1可以看出，在第一個時鐘脈沖上升沿，結果是“1110111”，數碼管顯示即為A，然后依次為b,C,d, E,F,0,1...9,A...循環下去，此處用小寫的b和d，主要是與數字8進行區別。 從圖中可以看出，在第一個時鐘脈沖上升沿，結果是“1111110”，數碼管顯示即為0，然后依次示1...9,A, b,C,d,E,F,0,...循環下去。 |
