VHDL 中Loop 動態(tài)條件的可綜合轉化

1、VHDL中Loop動態(tài)條件的可綜合轉化作者：朱國魂周婭文章來源：單片機及嵌入式系統(tǒng)應用摘要：論述VHDL中Loop語句動態(tài)表達式的可綜合性問題，提出三種解決方法：直接代入法、邊界擴充法和計數(shù)器法，并對比這三類方法的適用性。引言VHDL是一種硬件描述語言，于1983年被IEEE制定為國際標準IEEE1076。近年來國內引進和出版了不少教材，使其在國內得到迅速推廣。由于VHDL最初目的是為了實現(xiàn)硬件的建模而被提出的，所以其措施能力超越了數(shù)字邏輯集成電路的范圍。而現(xiàn)有的EDA工具基本上只能支持VHDL的子集，特別是針對FPGA/CPLD器件進行的不同的綜合工具，其綜合子集并非統(tǒng)一，不少初學者很難掌握

2、。即使是部分有經驗的設計者，對于通常高級語言中都會涉及的循環(huán)語句，在VHDL中往往也不能運用自如，甚至無法表達此類邏輯，從而限制了VHDL的應用水平。例如，VHDL的并行堆排序描述就是一個比較典型的例子。該實例十分類似通常數(shù)據(jù)結構的描述，推廣前景誘人；但只能通過仿真，卻不能在目前任何一個EDA工具進行綜合，導致無實用價值。本文從高級語言涉及最多的Loop語句出發(fā)，討論如何在VHDL中解決這類問題。1 無法綜合的Loop動態(tài)條件VHDL中Loop表達式有三種體現(xiàn)形式：WhileLoop、ForLoop和單獨的Loop語句。它還支持Next、Exit和標號，因此，循環(huán)語句的表達能力大于常規(guī)的C或P

3、ASCAL語言。程序1是利用For語句和While語句描述插入算法的部分代碼。程序1 不可綜合的VHDL循環(huán)語句for I in 2 to Length loop -Length為一個變量Temp:=MyList(I)；J：=I；While(j1)and MyList(j-1)Temp loopMyList(j):=MyList(j-1);j:=j-1;End loop;MyList(j):=Temp；End loop;對于第一個For語句，EDA工具Synplify綜合時將會給出無邊界的范圍錯誤提示。E：H：.vhd|for loops with unbound ranges should

4、contain w wait statement即使部分優(yōu)秀的綜合工具，例如ORCAD Express、Mentor Grpahs QuickHDL等能夠綜合第一個For語句，也無法支持第二個While條例表達式。ORCAD Express將給出表達式不可靜態(tài)計算的錯誤提示。.vhd(45):Error,expression does not evaluate to a constant.由于程序1在C程序員看來是沒有問題的，因此，初學者往往不能解決好此類問題，從而使學習陷入困境，無法充分利用VHDL來表述邏輯。2 直接代換法對于第一類無邊界的范圍錯誤問題，可以用循環(huán)的綜合機制轉化為相應的語句

5、。例如下面代碼：for I in 0 to 1 loopOut_Bus(i)=In_Bus(i)；End loop；其對應綜合后的電路見圖1。相應的，也可以用下列語句直接代入代換：Out_Bus(0)=In_Bus(0);Out_Bus(1)=In_Bus(1)；程序1可以采用下列VHDL代碼表示：K:=2；Temp:=MyList(2);If(MyList(1)Temp thenMyList(2):=MyList(1);J:=1;End if;MyList(J):=Temp;J:=3;Temp:=MyList(3);If(MyList(2)Temp thenMyList(3):=MyList

6、(2);J:=2;End if;If(MyList(1)MyLen; -MyLen為變量Temp:=MyList(I);countj:=I;inter_loop:for j in I downto 2 loopcountj:=j;exit inter_loop when MyList(j-1)1)and MyList(j-1)Temp loopMyList(j):=MyList(j-1);j:=j-1;End loop;MyList(j):=Temp;I:=(I+1);If(I=MyLen+1)then I:=2;end if;End if;相比原來的代碼，引入了1個時鐘和1個復位。但綜合開銷最大的循環(huán)語句卻被取代了，因此，綜合產生門的數(shù)目將大幅度下降，但處理時間將相應延長到原來循環(huán)條件范圍。本刊網絡補充版（）中發(fā)表了四個源代碼，分別為不可綜合例子、直接代換法、邊界擴充法和計算器法，內部都有相應注釋。其中計數(shù)器法改進為雙計數(shù)器方