EDA技術 第05講 VHDL03 順序語句2

[標號:]FOR

循環(huán)變量IN

循環(huán)次數(shù)范圍

LOOP

順序語句ENDLOOP[標號]；[標號:]WHILE

循環(huán)控制條件LOOP

順序語句ENDLOOP[標號]；FORLOOP的語句格式WHILELOOP的語句格式LOOP語句1

FORLOOP重復次數(shù)已知；循環(huán)變量是整數(shù)型變量，不需要在結構體或進程中定義，在循環(huán)體中不能通過信號或變量給循環(huán)變量賦值。

WHILELOOP重復次數(shù)未知；標號是可省略；2【例】SIGNALbyte：STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0)；…VARIABLEsum:integerrange0to100:=0;...loop1:WHILEi<=9LOOPi:=i+1;sum:=sum+1;endlooploop1;loop2:foriinbyte’rangeloopsum:=sum+2;endlooploop2;loop3:foriinbyte’lowtobyte’highloopsum:=sum+3;endloop;3DOWNTO00TO33【例】

For循環(huán)（奇偶校驗電路）：Entityparity_checkerIs

Port(data：Instd_logic_vector(7downto

0);

p:Outstd_logic);Endparity_checker;ArcLitecturebehaviorOfparity_checkerIs

Begin

4Process(data)

Variabletmp:std_logic;

Begin

tmp:=‘0’;

Forn

in7downto0Loop

tmp:=tmpxordata(n);

EndLoop；

p<=tmp;EndProcess;Endbehavior;5思考：如果中間變量tmp修改為信號，電路的功能還能正常實現(xiàn)嗎？（實驗中練習）6【例】利用LOOP語句簡化同類順序語句的表達式SIGNALA，B，C：STD_LOGIC_VECTOR(1TO3)；…FORNIN1TO3LOOPA(N)<=B(N)ANDC(N)；ENDLOOP；等效于：A(1)<=B(1)ANDC(1)；A(2)<=B(2)ANDC(2)；A(3)<=B(3)ANDC(3)；7NEXT[LOOP標號][WHEN條件表達式]；NEXT的語句格式NEXT語句四種形式:NEXT；NEXTLOOP標號；NEXTWHEN條件表達式；NEXTLOOP標號WHEN條件表達式；NEXT語句主要用在LOOP語句中有條件的或無條件地開始下次循環(huán)。8當LOOP標號缺省時，跳回到本次循環(huán)LOOP語句開始處，開始下一次循環(huán);否則跳轉到指定標號的LOOP語句開始處，重新開始執(zhí)行循環(huán)操作。當WHEN缺省時，即刻無條件終止當前的循環(huán)；若WHEN子句出現(xiàn)，則當條件表達式的值為TRUE，則執(zhí)行NEXT語句，進入跳轉操作，否則繼續(xù)向下執(zhí)行。9【例】…L1：

FORCNT_VALUEIN1TO8LOOPA(CNT_VALUE):=‘0’；

NEXTWHEN(B=C)；A(CNT_VALUE+8):=‘0’;ENDLOOPL1;10在多重循環(huán)中，NEXT語句必須加上跳轉標號。11【例】…L_X：

FORCNT_VALUEIN1TO8LOOPA(CNT_VALUE):=‘0’；

K:=0；

L_Y：LOOPB(k):=‘0’；

NEXTL_XWHEN(E>F)：B(k+8):=‘0’；

K:=K+1；

NEXTLOOPL_Y；NEXTLOOPL_X；…12EXIT[LOOP標號][WHEN條件表達式]；EXIT的語句格式EXIT語句四種形式:EXIT；EXITLOOP標號；EXITWHEN條件表達式；EXITLOOP標號WHEN條件表達式；EXIT語句主要用在LOOP語句中有條件的或無條件地跳出循環(huán)。13當LOOP標號缺省時，跳到EndLoop語句的后繼位置，開始向后執(zhí)行；如果標號不省略，則可以跳到多層嵌套循環(huán)的指定外層循環(huán)起始處。當WHEN缺省時，無條件跳出循環(huán)。如果“When條件”不省略，則條件為True時，跳出循環(huán)。14Next只結束本次循環(huán)，開始下一次循環(huán)；跳向LOOP語句的起始點。Exit語句結束整個循環(huán)，跳出循環(huán)體外。跳向LOOP語句的終點。Next語句和Exit語句的區(qū)別15【例】SIGNALA，B：STD_LOGIC_VECTOR(1DOWNTO0)；SIGNALA_LESS_THEN_B：BOOLEAN；…A_LESS_THEN_B<=FLASE；--設初始值FORIIN1DOWNTO0LOOPIF(A(I)=‘1’ANDB(I)=‘0’)THENA_LESS_THEN_B<=FALSE；

EXIT；ELSIF(A(I)=‘0’ANDB(I)=‘1’)THENA_LESS_THEN_B<=TRUE；--A<BEXIT；ELSE；

NULL；ENDIF；ENDLOOP；16NULL；NULL的語句格式空語句不會執(zhí)行任何操作;NULL常用于CASE語句中，為滿足所有可能的條件，利用NULL來表示所余的不用條件下的操作行為。NULL語句17【例】CASEOPCODEISWHEN“001”=>TMP：=REGAANDREGB；

WHEN“101”=>TMP：=REGAORREGB；

WHEN“110”=>TMP：=NOTREGA；

WHENOTHERS=>NULL;ENDCASE；此例類似于一個CPU內(nèi)部的指令譯碼器功能?！?01”，"101"和“110”分別代表指令操作碼，對于它們所對應在寄存器中的操作數(shù)的操作算法，CPU只能對這三種指令碼作反應，當出現(xiàn)其他碼時，不作任何操作。18與其他的EDA工具不同，MAX+plusII對NULL語句的執(zhí)行會出現(xiàn)擅自加入鎖存器的情況，因此，應避免使用NULL語句，改用確定操作。如可改為：

WHENOTHERS=>TMP：=REGA；19WAITUNTIL條件表達式；WAITFOR時間表達式；WAITON信號列表；WAIT；WAIT的語句格式在進程中(包括過程中)，當進程執(zhí)行到Wait語句時，將被掛起，并設置好再次執(zhí)行的條件?？梢允菬o限等待(Wait)或有限等待。注意：已列出敏感量的進程中不能使用任何形式的WAIT語句WAIT語句20信號列表可以包括一個或多個信號，信號列表中的任何一個信號的值發(fā)生變化，進程將結束掛起狀態(tài)，進入執(zhí)行狀態(tài)，執(zhí)行Waiton語句后面的語句。Waiton信號列表；如：

Waitona，b，s;它等待信號a、b、s中的任何一個發(fā)生變化。21【例】Entitymux2Is

Port(a,b:Instd_logic;

s：Instd_logic;

f：Outstd_logic);Endmux2；ArchitecturebehaviorOfmux2IsBegin

mux2:Process(a,b,s)

Begin

If(s=‘0’)Thenf<=a;

Elsef<=b;

EndIf;

EndProcess;Endbehavior;mux2:Process()Begin

If(s=‘0’)Thenf<=a;

Elsef<=b;

EndIf;

Waitona,b,s;EndProcess;22當條件表達式為“真”時，進程將結束掛起狀態(tài)，進入執(zhí)行狀態(tài)，執(zhí)行WaitUntil語句的后繼語句。WAITUNTIL條件表達式如：

WaitUntila＝’1’;

a的值不是’1’時，進程執(zhí)行到該語句將被掛起，a的值為’1’時，進程再次被啟動，繼續(xù)執(zhí)行Wait語句的后繼語句。23WAIT_UNTIL語句有以下三種表達方式：WAITUNTIL信號=VALUE；

WAITUNTIL信號'EVENTAND信號=VALUE；WAITUNTILNOT信號'STABLEAND信號=VALUE24CLOCK上跳沿啟動進程：WAITUNTILCLOCK=‘1’；WAITUNTILRISING_EDGE(CLOCK)；WAITUNTILNOTCLOCK'STABLEANDCLOCK='1'；WAITUNTILCLOCK=‘1’ANDCLOCK'EVENT；25【例】PROCESSBEGINWAITUNTILCLK=‘1’；AVE<=A；WAITUNTILCLK=‘1’；AVE<=AVE+A；WAITUNTILCLK=‘1’；AVE<=AVE+A；WAITUNTILCLK=‘1’；AVE<=(AVE+A)/4；ENDPROCESS；功能？26完成一個硬件求平均的功能，每一個時鐘脈沖由A輸入一個數(shù)值，4個時鐘脈沖后將獲得此4個數(shù)值的平均值。27【例】PROCESSBEGINRST_LOOP：LOOPWAITUNTILCLOCK=‘1’ANDCLOCK'EVENT；

NEXTRST_LOOPWHEN(RST=‘1’)； X<=A；

WAITUNTILCLOCK=‘1’ANDCLOCK'EVENT；

NEXTRST_LOOPWHEN(RST=‘1’)；Y<=B；

ENDLOOPRST_LOOP；ENDPROCESS;每一時鐘上升沿都結束進程的掛起，繼而檢測電路的復位是否為高。如果是，則返回循環(huán)的起點；否則，則進行正常的順序語句執(zhí)行操作。28WAITFor時間表達式如：

WaitFor30ns;

WaitFor語句只能仿真時使用，不能被綜合。

為超時語句，從執(zhí)行語句開始，在規(guī)定時間段內(nèi)，進程掛起，當超過這一時間段后，進程自動恢復執(zhí)行。29例如：

Waitonclkuntilclk=‘1’;

復合Wait語句編程時注意等待條件的判別，不要出現(xiàn)“死鎖”狀態(tài)（即無限期等待）。30斷言語句主要作為仿真和調試中的人－機會話，給出一個文字串作為警告和錯誤提示信息。當執(zhí)行Assert語句時，就會對條件進行判別。如果條件為“真”，則執(zhí)行下一條語句；如果條件為“假”，則輸出由report指定的輸出信息和由severity指定的錯誤級別。在report后面跟的是設計者所寫的文字串，通常是說明錯誤的原因，文字串應該用雙引號“”引起來。斷言語句不可綜合，僅僅是為了仿真的方便。斷言語句AssertAssert條件[report輸出信息]

[severity級別]Assert語句的格式31例：

Assert

(a<＝255)report”a

outofedge”;

severityerror;

該斷言語句的條件是信號量B＝’1’。如果執(zhí)行到該語句時，信號量B＝’0’，說明條件不滿足，就會輸出report后跟的文字串。該文字串說明，出現(xiàn)了超時等待錯誤。severity后跟的錯誤級別告訴操作人員，其出錯級別為error。32后面介紹。子程序調用及返回語句33小結順序語句賦值語句轉向控制語句

(If、Case、Loop、Next、Exit)等待語句(wait)子程序調用語句斷言語句（assert）空操作語句(null)34作業(yè)1：設計一個3-8譯碼器:35

【例】(a)WAIT_UNTIL結構(b)WAIT_ON結構

... LOOPWAITUNTILENABLE=‘1’；WAITONENABLE... EXITWHENENABLE=‘1’；

ENDLOOP；由以上脫離掛起狀態(tài)、重新啟動進程的兩個條件可知，例3.4.20結束掛起所需滿足的條件，實際上是一個信號的上跳沿。因為當滿足所有條件后ENABLE為1，可推知ENABLE一定是由0變化來的。因此，上例中進程的啟動條件是ENABLE出現(xiàn)一個上跳信號沿。36一般地，在一個進程中使用了WAIT語句后，經(jīng)綜合就會產(chǎn)生時序邏輯電路。時序邏輯電路的運行依賴于時鐘的上升沿或下降沿，同時還具有數(shù)據(jù)存儲的功能。下例就是一個比較好的說明，此例描述了一個可預置校驗對比值的四位奇偶校驗電路，它的功能除對輸入的4位碼DATA(0TO3)進行奇偶校驗外，還將把校驗結果與預置的校驗值NEW_CORRECT_PARITY進行比較，并將比較值PARITY_OK輸出。37【例】LIBRARYIEEE；USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL；ENTITYPARIISPORT(CLOCK：INSTD_LOGIC；

SET_PARITY：INSTD_LOGIC；

NEW_CORRECT_PARITY：INSTD_LOGIC；

DATA：INSTD_LOGIC_VECTOR(0TO3)；

PARITY_OK：OUTBOOLEAN)；ENDPARI；38ARCHITECTUREARTOFPARIISSIGNALCORRECT_PARITY：STD_LOGIC；

BEGINPROCESS(CLOCK)VARIABLETEMP：STD_LOGIC；

BEGINWAITUNTILCLOCK'EVENTANDCLOCK=‘1’;IFSET_PARITY=‘1’THENFIRST：CORRECT_PARITY<=NEW_CORRECT_PARITY；39

ENDIF；

TEMP:=‘0’；

FORIINDATA'RANGELOOPTEMP:=TEMPXORDATA(I)；

ENDLOOP；

SECOND：PARITY_OK<=(TEMP=CORRECT_PARITY)；

ENDPROCESS；ENDART；40例中，NEW_CORRECT_PARITY是預置校驗值輸入端，SET_PARITY是預置校驗值的輸入與比較控制端。從例可以看出，由于WAIT語句的加入，綜合后引入了兩個D觸發(fā)器，用于存儲數(shù)據(jù)。第一個觸發(fā)器存儲CORRECT_PARITY，它來自標號為FIRST的語句；第二個觸發(fā)器用于兩個時鐘信號間PARITY_OK的存儲，它來自標號為SECORD的語句。綜合器沒有為變量TEMP的賦值行為增加觸發(fā)器，因為TEMP是一個臨時變量。

WAITFOR時間表達式為超時語句，在此語句中定義了一個時間段，從執(zhí)行到當前的WAIT語句開始，在此時間段內(nèi)，進程處于掛起狀態(tài)，當超過這一時間段后，進程自動恢復執(zhí)行。由于此語句不可綜合，在此不做討論。41作業(yè)1：將向量轉化為整數(shù)輸出ENTITYconv_intISPORT(vect:IN

BIT_VECTOR(7DOWNTO0);

result:OUT

INTEGER);ENDconv_int;

ARCHITECTUREAOFconv_intISBEGIN

PROCESS(vect)

VARIABLEtmp:INTEGER;

BEGIN tmp:=0; FORiIN7DOWNTO0LOOP IF(vect(i)='1')THEN tmp:=tmp+2**i; ENDIF; ENDLOOP; result<=tmp;

ENDPROCESS;ENDA;ARCHITECTUREBOFconv_intISBEGIN

PROCESS(vect)

VARIABLEtmp:INTEGER;

VARIABLEi:INTEGER;

BEGIN tmp:=0; i:=vect'high WHILE(i>=vect'low)LOOP IF(vect(i)='1')THEN

tmp:=tmp+2**i; ENDIF; i:=i-1;--修改循環(huán)變量 ENDLOOP; result<=tmp;

ENDPROCESS;ENDB;42作業(yè)2：設計描述4選1總線多路選擇器43【例】用CASE語句描述4選1多路選擇器。LIBRARYIEEE；USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL；ENTITYMUX41ISPORT(S1，S2：INSTD_LOGIC；

A，B，C，D：INSTD_LOGIC；

Z：OUTSTD_LOGIC)；ENDENTITYMUX41；ARCHITECTUREARTOFMUX41ISSIGNALS：STD_LOGIC_VECTOR(1DOWNTO0)；44BEGINS<=S1&S2；PROCESS(S1，S2，A，B，C，D)BEGINCASESISWHEN"00"=>Z<=A；

WHEN"01"=>Z<=B；

WHEN"10"=>Z<=C；

WHEN"11"=>Z<=D；

WHENOTHERS=>Z<='X'；

ENDCASE；

ENDPROCESS；ENDART；如何用IF語句實現(xiàn)?45注意本例的第五個條件名是必需的，因為對于定義STD_LOGIC_VECTOR數(shù)據(jù)類型的S，在VHDL綜合過程中，它可能的選擇值除了00、01、10和11外，還可以有其他定義于STD_LOGIC的選擇值。本例的邏輯圖如圖3.8所示。464選1多路選擇器47例:libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;entityshiftisport(clk,c0:instd_logic;md:instd_logic_vector(2downto0);d:instd_logic_vector(7downto0);qb:outstd_logic_vector(7downto0);cn:outstd_logic);end;architecturebhofshiftissignalreg:std_logic_vector(7downto0);signalcy:std_logic;48beginprocess(clk,md,c0)isbeginifclk'eventandclk='1'thencasemdiswhen"001"=>reg(0)<=c0;reg(7downto1)<=reg(6downto0);cy<=reg(7);when"010"=>reg(0)<=reg(7);reg(7downto1)<=reg(6downto0);when"011"=>reg(7)<=reg(0);eg(6downto0)<=reg(7downto1);when"100"=>reg(7)<=cy;reg(6downto0)<=reg(7downto1);cy<=reg(0);when"101"=>reg(7downto0)<=d(7downto0);whenothers=>reg<=reg;cy<=cy;49endcase;endif;endprocess;qb(7downto0)<=reg(7downto0);cn<=cy;end;5051BEGINsel:=0； --輸入初始值

IF(S1=‘1’)THENSEL:=SEL+1；

ELSIF(S2=‘1’)THENSEL:=SEL+2；

ELSIF(S3=‘1’)THENSEL:=SEL+4；

ELSIF(S4=‘1’)THENSEL:=SEL+8；

ELSENULL； --注意，這里使用了空操作語句

ENDIF；

Z1<=‘0’；Z2<=‘0’；Z3<=‘0’；Z4<=‘0’；--輸入初始值52CASETEMPISWHEN0=>Z1<=‘1’； --當SEL=0時選中

WHEN1|3=>Z2<=‘1’；--當SEL為1或3時選中

WHEN4TO7|2=>Z3<=‘1’；--當SEL為2、4、5、6或7時選中