文档介绍：第四章 VHDL语言构造体描述方式
对硬件系统进行描述,可以采用3种不同风格的描述方式,即行为描述方式、寄存器传输(或数据流Data Flow)描述方式和结构化的描述方式。这3种描述方式从不同的角度对硬件系统进行行为和功能的描述。在当前情况下,采用后两种描述方式的VHDL语言程序可以进行逻辑综合,而采用行为描述的VHDL语言程序,大部分只用于系统仿真,少数的也可以进行逻辑综合。本章针对这3种不同风格的描述方式作一介绍。
构造体的行为描述方式
行为描述方式是对系统数学模型的描述,其抽象程度比寄存器传输描述方式和结构化描述方式的更高。
在行为描述方式的程序中大量采用算术运算、关系运算、惯性延时、传输延时等难于进行逻辑综合和不能进行逻辑综合的VHDL语句。
一般来说,采用行为描述方式的VHDL语言程序主要用于系统数学模型的仿真或者系统工作原理的仿真。
补充:什么是仿真?什么是逻辑综合?
仿真:一个计算系统通过使用允许它运行为另一个系统而写的程序的软件和硬件,而对后者进行的模拟。简单说来就是对一个程序或模型进行“模拟”的过程.
逻辑综合:.
代入语句
代入语句是VHDL语言中进行行为描述的最基本的语句。
例如: a<=b;
该语句的功能是a得到b的值。当该语句有效时,现行信号b的值将代入到信号a。只要b的值有一个新的变化,那么该语句将被执行。所以,b是该代入语句的一个敏感量。
最普遍的格式为:信号量<=敏感信号量表达式;
例如:z<=a NOR (b AND c);
具有延时时间的代入语句:a<=b AFTER 5ns;
该语句表示,当b发生新的变化5ns以后才被代入到信号a 。
举例1
用具有延时时间的代入语句来描述二输入的与门。
ENTITY and2 IS
PORT (a,b: IN BIT;
c: OUT BIT);
END and2;
ARCHITECTURE and2_behav OF and2 IS
BEGIN
c<=a AND b AFTER 5ns;
END and2_behav;
举例2
用行为描述方式描述四选一电路。
选择信号代入语句
条件信号代入语句
根据选择型号sel当前值,将指定代入值代入给输出量
根据a和b具体状态,将0-4值代入信号量sel
6个输入端口和一个输出端口。a和b是选择信号输入端口
延时语句
VHDL中存在两种延时类型:惯性延时和传输延时。这两种延时常用于VHDL语言的行为描述方式。
1、惯性延时
惯性延时是缺省的,即在语句中如果不作特别声明,产生的延时一定是惯性延时。这是因为大多数器件在行为仿真时都会呈现这种惯性延时。
在惯性模型中,系统或器件输出信号要发生变化必须有一段时间的延时,这段延时时间常称为系统或器件的惯性或称惯性延时。
惯性延时有一个重要的特点,即当一个系统或器件,它的输入信号变化周期小于系统或器件的惯性(或惯性延时)时,其输出将保持不变。
举例
如上图所示,有一个门电路,惯性延时时间为20ns,当输入端a输入一个10ns的脉冲信号时,输出端b仍维持低电平而不发生变化。这是因为输入信号的变化周期比惯性延时时间20ns短。
几乎所有器件都存在惯性延时,因此,硬件电路的设计人员为了逼真地仿真硬件电路的实际工作情况,在代入语句中总要加上惯性延时时间的说明。例如:
b<=a AFTER 10ns;
惯性延时说明只在行为仿真时有意义,逻辑综合时将被忽略,或者在逻辑综合前必须去掉延时说明。