第五章VHDL語言的對象和數(shù)據(jù)類型及運算操作符-ppt課件

1、EDAEDA技術(shù)講義技術(shù)講義5.1 VHDL文字規(guī)那文字規(guī)那么么5.1.1 數(shù)字數(shù)字 整數(shù)：整數(shù)都是十進制的數(shù)，如：整數(shù)：整數(shù)都是十進制的數(shù)，如：5， 678， 0， 156E2(=15600)， 45_234_287 (=45234287) 實數(shù)：實數(shù)也都是十進制的數(shù)，但必需帶有小數(shù)點，如：實數(shù)：實數(shù)也都是十進制的數(shù)，但必需帶有小數(shù)點，如：1.335， 88_670_551.453_909(=88670551.453909)，1.0，44.99E-2(=0.4499) 以數(shù)制基數(shù)表示的文字：用這種方式表示的數(shù)由五個部分組成。以數(shù)制基數(shù)表示的文字：用這種方式表示的數(shù)由五個部分組成。SIGNAL

2、 d1,d2,d3,d4,d5 : INTEGER RANGE 0 TO 255;d1 = 10#170# ; - (十進制表示，等于十進制表示，等于 十進制十進制 170)d2 = 16#FE# ; - (十六進制表示，等于十六進制表示，等于 十進制十進制 254)d3 = 2#1111_1110#; - (二進制表示，等于二進制表示，等于 十進制十進制 254)d4 = 8#376# ; - (八進制表示，等于八進制表示，等于 十進制十進制 254)d5 = 16#E#E1 ; - (十六進制表示，等于十六進制表示，等于 十進制十進制 224) 物理量文字物理量文字(VHDL綜合器不接受此

3、類文字綜合器不接受此類文字)。如：。如：60s (60秒秒)， 100m (100米米)， k (千歐姆千歐姆)， 177A (177安培安培)EDAEDA技術(shù)講義技術(shù)講義5.1 VHDL文字規(guī)那文字規(guī)那么么5.1.2 字符串字符串2文字字符串文字字符串3數(shù)位字符串?dāng)?shù)位字符串用單引號括起來的ASCII字符，如：R，a，1，-B：二進制基數(shù)符號，表示二進制位：二進制基數(shù)符號，表示二進制位0或或1，在字符串中的每位表示一個，在字符串中的每位表示一個Bit。O：八進制基數(shù)符號，在字符串中的每一個數(shù)代表一個八進制數(shù)，即代表一個：八進制基數(shù)符號，在字符串中的每一個數(shù)代表一個八進制數(shù)，即代表一個3 位位(

4、BIT)的二進制數(shù)。的二進制數(shù)。X：十六進制基數(shù)符號：十六進制基數(shù)符號(0F)，代表一個十六進制數(shù)，即一個，代表一個十六進制數(shù)，即一個4位的二進制數(shù)。位的二進制數(shù)。data1 = B1_1101_1110 - 二進制數(shù)數(shù)組，位矢數(shù)組長度是二進制數(shù)數(shù)組，位矢數(shù)組長度是9data2 = O15 - 八進制數(shù)數(shù)組，位矢數(shù)組長度是八進制數(shù)數(shù)組，位矢數(shù)組長度是6data3 = XAD0 - 十六進制數(shù)數(shù)組，位矢數(shù)組長度是十六進制數(shù)數(shù)組，位矢數(shù)組長度是12data4 = B101_010_101_010 - 二進制數(shù)數(shù)組，位矢數(shù)組長度是二進制數(shù)數(shù)組，位矢數(shù)組長度是12data5 = 101_010_101

5、_010 -表達錯誤，缺表達錯誤，缺B。data6 = 0AD0 -表達錯誤，缺表達錯誤，缺X。1字符字符ERROR ， Both S and Q equal to 1 ， X ， BB$CCEDAEDA技術(shù)講義技術(shù)講義5.1 VHDL文字規(guī)那文字規(guī)那么么5.1.3 標識符標識符 標識符是最常用的操作符，可以是常數(shù)、變量、信號、端口、子程序標識符是最常用的操作符，可以是常數(shù)、變量、信號、端口、子程序或參數(shù)的名字?；騾?shù)的名字。VHDL根本標識符的書寫需遵照如下規(guī)那么：根本標識符的書寫需遵照如下規(guī)那么：l有效的字符：包括有效的字符：包括26個大小寫英文字母，數(shù)字包括個大小寫英文字母，數(shù)字包括09

6、 以及下劃線以及下劃線“_。l任何標識符必需以英文字母開頭。任何標識符必需以英文字母開頭。l必需是單一下劃線必需是單一下劃線“_，且其前后都必需有英文字母或數(shù)字。，且其前后都必需有英文字母或數(shù)字。l標識符中的英語字母不分大小寫。標識符中的英語字母不分大小寫。l允許包含圖形符號允許包含圖形符號(如回車符、換行符等如回車符、換行符等)，也允許包含空格符。，也允許包含空格符。合法的標識符：合法的標識符： A, fft，and_4， max2uc非法的標識符：非法的標識符： 21A, _fft，and_ _4， max#2uc，a-b，returnEDAEDA技術(shù)講義技術(shù)講義5.1 VHDL文字規(guī)那文

7、字規(guī)那么么5.1.4 下標名下標名下標名用于指示數(shù)組型變量或信號的某一元素。下標名用于指示數(shù)組型變量或信號的某一元素。格式：格式： 標識符標識符(表達式表達式)標識符必需是數(shù)組型的變量或信號的名字，表達式所代表的值必需是數(shù)標識符必需是數(shù)組型的變量或信號的名字，表達式所代表的值必需是數(shù)組下標范圍中的一個值，這個值將對應(yīng)數(shù)組中的一個元素。假設(shè)這個表達組下標范圍中的一個值，這個值將對應(yīng)數(shù)組中的一個元素。假設(shè)這個表達式是一個可計算的值，那么此操作數(shù)可很容易地進展綜合。假設(shè)是不可計式是一個可計算的值，那么此操作數(shù)可很容易地進展綜合。假設(shè)是不可計算的，那么只能在特定的情況下綜合。算的，那么只能在特定的情況

8、下綜合。下例的兩個下標名中一個是下例的兩個下標名中一個是m，屬不可計算，另一個是，屬不可計算，另一個是3，屬可計算的。，屬可計算的。SIGNAL a，b : BIT_VECTOR (0 TO 3) ;SIGNAL m : INTEGER RANGE 0 TO 3 ;SIGNAL y，z : BIT ;y = a(m) ; - 不可計算型下標表示不可計算型下標表示z = b(3) ; - 可計算型下標表示可計算型下標表示EDAEDA技術(shù)講義技術(shù)講義5.2 數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型標量型標量型(Scalar Type)復(fù)合類型復(fù)合類型(Composite Type)(Composite Type)存取類型

9、存取類型(Access Type)文件類型文件類型(Files Type)EDAEDA技術(shù)講義技術(shù)講義5.2.1 VHDL的預(yù)定義數(shù)據(jù)類型的預(yù)定義數(shù)據(jù)類型1. 布爾布爾(BOOLEAN)數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型2. 位位(BIT)數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型 如：如：constant a: bit :=1; variable q: bit :=0; signal a,b: bit;3. 位矢量位矢量(BIT_VECTOR)數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型 如：如：signal s: bit_vector (15 downto 0); constant q: bit_vector (3 downto 0) :=“0110;EDAE

10、DA技術(shù)講義技術(shù)講義5.2.1 VHDL的預(yù)定義數(shù)據(jù)類型的預(yù)定義數(shù)據(jù)類型4. 字符字符(CHARACTER)數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型 通常用單引號括起來，區(qū)分通常用單引號括起來，區(qū)分大小寫。大小寫。6. 實數(shù)實數(shù)(REAL)數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型 如：如：variable q: real range 0.0 to 255.0; constant a: real :=1.0; 1.0 十進制浮點數(shù) 0.0 十進制浮點數(shù) 65971.333333 十進制浮點數(shù) 65_971.333_3333 與上一行等價 8#43.6#e+4 八進制浮點數(shù) 43.6E4 十進制浮點數(shù)5. 字符串字符串(STRING)數(shù)據(jù)類型數(shù)

11、據(jù)類型如：如：VARIABLE string_var : STRING (0 TO 3 ) ;string_var := a b c d ；EDAEDA技術(shù)講義技術(shù)講義8. 8. 時間時間(TIME)(TIME)數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型TYPE time IS RANGE 2147483647 TO 2147483647 units fs ; - 飛秒，飛秒，VHDL中的最小時間單位中的最小時間單位 ps = 1000 fs ; - 皮秒皮秒 ns = 1000 ps ; - 納秒納秒 us = 1000 ns ; - 微秒微秒 ms = 1000 us ; - 毫秒毫秒 sec = 1000 ms

12、; - 秒秒 min = 60 sec ; - 分分 hr = 60 min ; - 時時end units ;5.2.1 VHDL的預(yù)定義數(shù)據(jù)類型的預(yù)定義數(shù)據(jù)類型7. 整數(shù)整數(shù)(INTEGER)數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型 如：如：signal b: integer range 7 to 7; variable a : integer :=5;EDAEDA技術(shù)講義技術(shù)講義5.2.2 IEEE預(yù)定義規(guī)范邏輯位與矢量預(yù)定義規(guī)范邏輯位與矢量1. 1. 規(guī)范邏輯位規(guī)范邏輯位STD_LOGICSTD_LOGIC數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型2. 2. 規(guī)范邏輯矢量規(guī)范邏輯矢量(STD_LOGIC_VECTOR)(STD_LOG

13、IC_VECTOR)數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型5.2 數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型EDAEDA技術(shù)講義技術(shù)講義5.2.3 其他預(yù)定義數(shù)據(jù)類型其他預(yù)定義數(shù)據(jù)類型1. 無符號數(shù)據(jù)類型無符號數(shù)據(jù)類型(UNSIGNED TYPE)2. 有符號數(shù)據(jù)類型有符號數(shù)據(jù)類型(SIGNED TYPE)5.2 數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型十進制的8可以作如下表示：UNSIGNED(1000)兩那么無符號數(shù)據(jù)定義的例如：VARIABLE var : UNSIGNED(0 TO 10) ;SIGNAL sig : UNSIGNED(5 TO 0) ;例如：SIGNED(0101) 代表 +5，5SIGNED(1011) 代表 5EDAEDA技術(shù)講義技術(shù)

14、講義5.2.4 用戶自定義數(shù)據(jù)類型用戶自定義數(shù)據(jù)類型1. 枚舉類型枚舉類型2. 物理類型物理類型5.2 數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型如：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 1000000000Units uv; (根本單位) mv=1000uv; v=1000mv;End units;EDAEDA技術(shù)講義技術(shù)講義5.2.5 數(shù)組類型數(shù)組類型5.2 數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型限定性數(shù)組限定

15、性數(shù)組限定性數(shù)組定義語句格式如下：TYPE 數(shù)組名IS ARRAY (數(shù)組范圍)OF 數(shù)據(jù)類型 ；如：type word is array(0 to 7)of std_logic;非限定性數(shù)組非限定性數(shù)組非限制性數(shù)組的定義語句格式如下：TYPE 數(shù)組名IS ARRAY (數(shù)組下標名RANGE )OF 數(shù)據(jù)類型;如：type word is array (natural range)of bit;EDAEDA技術(shù)講義技術(shù)講義5.2.5 數(shù)組類型數(shù)組類型5.2 數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型 數(shù)組的元素可以是任何一種數(shù)據(jù)類型，用以定義數(shù)數(shù)組的元素可以是任何一種數(shù)據(jù)類型，用以定義數(shù)組元素的下標范圍子句決議了數(shù)組中

16、元素的個數(shù)，以組元素的下標范圍子句決議了數(shù)組中元素的個數(shù)，以及元素的排序方向，既下標數(shù)是由高到低，或是由低及元素的排序方向，既下標數(shù)是由高到低，或是由低到高。到高。 如子句如子句“0 TO 70 TO 7是由低到高排序的是由低到高排序的8 8個元素；個元素； 即：即：a(0)a(1)a(2)a(7)a(0)a(1)a(2)a(7)?！?5 DOWNTO 015 DOWNTO 0是由高到低排序的是由高到低排序的1616個元素個元素; ; 即：即：a(15)a(14)a(13) a(0) a(15)a(14)a(13) a(0) 。EDAEDA技術(shù)講義技術(shù)講義5.3 VHDL操作符操作符5.3.1

17、 邏輯操作符邏輯操作符類 型操作符功 能操作數(shù)數(shù)據(jù)類型 +加整數(shù) 減整數(shù) &并置一維數(shù)組 *乘整數(shù)和實數(shù)(包括浮點數(shù)) /除整數(shù)和實數(shù)(包括浮點數(shù))MOD取模整數(shù) REM取余整數(shù) SLL邏輯左移BIT 或布爾型一維數(shù)組 SRL邏輯右移BIT 或布爾型一維數(shù)組 SLA算術(shù)左移BIT 或布爾型一維數(shù)組 SRA算術(shù)右移BIT 或布爾型一維數(shù)組 ROL邏輯循環(huán)左移BIT 或布爾型一維數(shù)組 ROR邏輯循環(huán)右移BIT 或布爾型一維數(shù)組 *乘方整數(shù)算術(shù)操作符 ABS取絕對值整數(shù)表表5-1 VHDL操作符列表操作符列表EDAEDA技術(shù)講義技術(shù)講義表表5-1 VHDL操作符列表操作符列表類 型操作符功

18、能操作數(shù)數(shù)據(jù)類型 =等于任何數(shù)據(jù)類型 /=不等于任何數(shù)據(jù)類型 大于枚舉與整數(shù)類型，及對應(yīng)的一維數(shù)組 =大于等于枚舉與整數(shù)類型，及對應(yīng)的一維數(shù)組 AND與BIT，BOOLEAN，STD_LOGIC OR或BIT，BOOLEAN，STD_LOGIC NAND與非BIT，BOOLEAN，STD_LOGIC NOR或非BIT，BOOLEAN，STD_LOGIC XOR異或BIT，BOOLEAN，STD_LOGIC XNOR異或非BIT，BOOLEAN，STD_LOGIC邏輯操作符 NOT非BIT，BOOLEAN，STD_LOGIC +正整數(shù)符號操作符 負整數(shù)接上頁接上頁EDAEDA技術(shù)講義技術(shù)講義運算

19、符優(yōu)先級NOT，ABS，*最高優(yōu)先級* ，/ ，MOD， REM+(正號)， (負號)+ ， ， &SLL， SLA， SRL， SRA， ROL， ROR=， /=， ， ， =AND， OR， NAND， NOR， XOR， XNOR最低優(yōu)先級表表5-2 VHDL操作符優(yōu)先級操作符優(yōu)先級5.3.1 邏輯操作符邏輯操作符EDAEDA技術(shù)講義技術(shù)講義【例【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

20、 : STD_LOGIC ； SIGNAL l，m，n，o，p : BOOLEAN ； . a=b AND c; -b、c 相與后向相與后向a賦值，賦值，a、b、c的數(shù)據(jù)類型同屬的數(shù)據(jù)類型同屬4位長的位矢量位長的位矢量 d=e OR f OR g ; - 兩個操作符兩個操作符OR一樣，不需括號一樣，不需括號 h=(i NAND j)NAND k ； - NAND不屬上述三種算符中的一種，必需加括號不屬上述三種算符中的一種，必需加括號 l=(m XOR n)AND(o XOR p); - 操作符不同，必需加括號操作符不同，必需加括號 h=i AND j AND k ; - 兩個操作符都是兩個操作

21、符都是AND，不用加括號，不用加括號 h=i AND j OR k ; - 兩個操作符不同，未加括號，表達錯誤兩個操作符不同，未加括號，表達錯誤 a=b AND e ; - 操作數(shù)操作數(shù)b 與與 e的位矢長度不一致，表達錯誤的位矢長度不一致，表達錯誤 h=i OR l ; - i 的數(shù)據(jù)類型是位的數(shù)據(jù)類型是位STD_LOGIC，而，而l的數(shù)據(jù)類型是的數(shù)據(jù)類型是 . - 布爾量布爾量BOOLEAN，因此不能相互作用，表達，因此不能相互作用，表達錯誤。錯誤。5.3.1 邏輯操作符邏輯操作符EDAEDA技術(shù)講義技術(shù)講義5.3.2 關(guān)系操作符關(guān)系操作符【例【例5-5】 ENTITY relationa

22、l_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【例5-6】 ENTITY relational_ops_2 IS PORT (a，b : IN INTEGER RANGE 0 TO 3 ; m : OUT BOOLEAN) ; END relational_ops_2 ; A R C H I T

23、 E C T U R E e x a m p l e O F relational_ops_2 IS BEGIN output = b) ; END example ;六種關(guān)系運算操作符：“ = (等于)、“/=(不等于)、“ (大于)、“=(大于等于)“=(小于等于)EDAEDA技術(shù)講義技術(shù)講義5.3.3 算術(shù)操作符算術(shù)操作符 類 別 算 術(shù) 操 作 符 分 類 1 求和操作符(Adding operators) +(加)，(減)， (并置) 2 求積操作符(Multiplying operators) * ， / ， MOD ， REM 3 符號操作符(Sign operators) +(

24、正)， (負) 4 混合操作符(Miscellaneous operators) * ， ABS 5 移位操作符(Shift operators) SLL，SRL，SLA，SRA，ROL，ROR 表表5-3 算術(shù)操作符分類表算術(shù)操作符分類表1. 1. 求和操作符求和操作符【例【例5-7】VARIABLE a，b ，c ,d ，e ,f : INTEGER RANGE 0 TO 255 ;.a := b + c ; d := e f ; EDAEDA技術(shù)講義技術(shù)講義【例【例5-8】PROCEDURE adding_e (a :IN INTEGER ; b :INOUT INTEGER )IS.b

25、 := a + b ; 【例【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 ; E

26、DAEDA技術(shù)講義技術(shù)講義2. 2. 求積操作符求積操作符5.3.3 算術(shù)操作符算術(shù)操作符3. 3. 符號操作符符號操作符求積操作符包括求積操作符包括 * * ( (乘乘) )、 / ( / (除除) )、MOD(MOD(取模取模) )和和RED(RED(取余取余) )四種操作符。四種操作符。符號操作符符號操作符“+ +和和“的操作數(shù)只需一的操作數(shù)只需一個個EDAEDA技術(shù)講義技術(shù)講義5.3.3 算術(shù)操作符算術(shù)操作符4. 4. 混合操作符混合操作符【例【例5-10】SIGNAL a，b : INTEGER RANGE 8 to 7 ;SIGNAL c : INTEGER RANGE 0 to

27、15 ;SIGNAL d : INTEGER RANGE 0 to 3 ;a = ABS(b) ; c = 2 * d ;混合操作符包括乘方混合操作符包括乘方“* * *操作符和取操作符和取絕對值絕對值“ABSABS操作符兩種操作符兩種EDAEDA技術(shù)講義技術(shù)講義SLLSLL邏輯左移邏輯左移SRLSRL邏輯右移邏輯右移移空的位補零移空的位補零SLASLA算術(shù)左移算術(shù)左移SRASRA算術(shù)右移算術(shù)右移移空的位由最初首位補移空的位由最初首位補ROLROL邏輯循環(huán)左移邏輯循環(huán)左移RORROR邏輯循環(huán)右移邏輯循環(huán)右移移出的位依次填補移空的位移出的位依次填補移空的位5.3.3 算術(shù)操作符算術(shù)操作符5. 5

28、. 移位操作符移位操作符移位操作符的語句格式是： 標識符 移位操作符 移位位數(shù) ；例：例：“10010011001001 SLL 1= SLL 1=“00100100010010“10010011001001 SRL 1= SRL 1=“01001000100100“10010011001001 SLA 1= SLA 1=“00100110010011“10010011001001 SRA 1= SRA 1=“11001001100100“10010011001001 ROL 1= ROL 1=“00100110010011“10010011001001 ROR 1= ROR 1=“11001

29、001100100EDAEDA技術(shù)講義技術(shù)講義 5.4 VHDL數(shù)據(jù)對象Data Objects 常量Constant 固定值，不能在程序中被改動 加強程序的可讀性，便于修正程序 可在Package、Entity、Architecture、Process、Function、Procedure中進展定義，其有效范圍也相應(yīng)限定 書寫格式： Constant 常量名，常量名：數(shù)據(jù)類型：=表達式； 例：Constant data_bus_width: integer := 8;EDAEDA技術(shù)講義技術(shù)講義5.4 VHDL數(shù)據(jù)對象Data Objects 信號Signals 代表連線，Port也是一種信號 沒有方向性，可給它賦值，也可當(dāng)作輸入 在Package、Entity、Architecture中定義 設(shè)定的初始值在綜合時沒有用，只是在仿真時在開場設(shè)定一個起始值。 用 = 進展賦值 用 : = 進展初始化 signal count：bit_vector(3 downto 0):=“0011;EDAEDA技術(shù)講義技術(shù)講義5.4 VHDL數(shù)據(jù)對象Data Objects 變量Variable 暫時數(shù)據(jù)，沒有物理意義 只能