VHDL复习题.doc.pdf

VHDL（VHSIC Hardware Description Language）是一种高级的硬件描述语言，被广泛应用于数字电子系统的设计，特别是在 FPGA（Field-Programmable Gate Array）和 ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）设计领域。VHDL 提供了强大的行为描述能力，允许设计者以抽象的方式描述数字系统的逻辑功能，而无需关注底层的门电路细节。 VHDL 与其他硬件描述语言，如 Verilog 和 ABEL 相比，具有以下特点： 1. VHDL 描述层次较高，能更好地表达复杂的逻辑行为，但这也意味着对综合器的性能要求更高。它拥有丰富的库函数和仿真语句，便于在设计初期就进行功能验证和仿真。 2. VHDL 支持多种 EDA（Electronic Design Automation）工具，且已被 IEEE 标准化，这意味着有更多的工具可以选择，且兼容性良好。 3. VHDL 提供类属描述和子程序调用，使得设计可重用性和可扩展性增强。设计者可以轻松改变设计规模和结构，而不必修改原始代码。 VHDL 程序通常包含以下几个部分： 1. 库和程序包使用说明：这部分用于导入所需的库和程序包，以便使用它们提供的元件和功能。 2. 实体描述：定义设计实体的外部接口，包括输入、输出和时钟等信号。 3. 结构体描述：描述实体内部的逻辑结构和工作原理，包括各种逻辑门和组合电路的连接。 VHDL 中的数据对象主要包括变量、常量和信号： 1. 常量：其值在整个设计范围内保持不变，有助于提高代码的可读性和维护性。 2. 变量：用于存储局部或临时数据，仅在声明它的进程或子程序内部有效。 3. 信号：模拟硬件中的实际连接，可以作为不同并发语句间通信的媒介，其赋值操作是延迟的，适合描述并行处理。 标识符是VHDL中定义对象名字的关键，必须以字母开头，可以包含字母、数字和下划线，但不能连续使用下划线或以下划线结尾。 信号和变量的主要区别在于： 1. 变量的赋值是瞬时的，而信号的赋值有延迟，更适合描述硬件中的数据传输。 2. 变量只能在进程或子程序内部定义，而信号则在外部定义，模拟实际的硬件连线。 VHDL 的标准数据类型包括标量型（如整数、实数）、复合类型（如数组、记录）、存取类型、文件类型等。用户还可以自定义数据类型，如枚举类型、整数类型、数组类型、记录类型、时间类型、实数类型等。 例如，要定义一个名为 `WEEK` 的枚举类型，表示一周七天，可以这样写： ```vhdl TYPE WEEK IS (SUN, MON, TUE, WED, THU, FRI, SAT); ``` 而 `BIT` 数据类型只包含 0 和 1，`STD_LOGIC` 是其扩展，增加了 'U'（未知）、'X'（冲突）、'Z'（高阻态）、'W'（不相关）、'L'（低电平）、'H'（高电平）和 '_'（未初始化）等状态，使得描述更精细。 VHDL 提供了一种强大的语言工具，帮助设计者实现复杂数字系统的建模和验证，同时支持自定义数据类型以满足特定需求，是现代电子设计自动化的重要组成部分。