邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

1、2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),1,第10章 VHDL入門,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),2,§1 VHDL背景,傳統(tǒng)數(shù)字電路設(shè)計(jì)方法不適合設(shè)計(jì)大規(guī)模的系統(tǒng)。工程師不容易理解原理圖設(shè)計(jì)的功能。眾多軟件公司開發(fā)研制了具有自己特色的電路硬件描述語(yǔ)言（Hardware Description Language,HDL），存在著很大的差異，工程師一旦選用某種硬件描述語(yǔ)言作為輸入工具，就被束縛在這個(gè)硬件設(shè)計(jì)環(huán)境之中。因此，硬

2、件設(shè)計(jì)工程師需要一種強(qiáng)大的、標(biāo)準(zhǔn)化的硬件描述語(yǔ)言，作為可相互交流的設(shè)計(jì)環(huán)境。,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),3,美國(guó)國(guó)防部在80年代初提出了VHSIC（Very High Speed Integrated Circuit）計(jì)劃，其目標(biāo)之一是為下一代集成電路的生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)階段性的工藝極限以及完成10萬(wàn)門級(jí)以上的設(shè)計(jì)，建立一項(xiàng)新的描述方法。1981年提出了一種新的HDL，稱之為VHSIC Hardware Description Lang

3、uage，簡(jiǎn)稱為VHDL，這種語(yǔ)言的成就有兩個(gè)方面：描述復(fù)雜的數(shù)字電路系統(tǒng)成為國(guó)際的硬件描述語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn),2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),4,VHDL的發(fā)展歷程,1981年6月，美國(guó)成立了VHDL工作小組；1983年6月，由 Intermitrics, IBM和 Texas Instrument組成開發(fā)小組，任務(wù)是：提出語(yǔ)言版本；開發(fā)其軟件環(huán)境。1987年12月，IEEE公布了 IEEE-1076 作為HDL的第一個(gè)標(biāo)

4、準(zhǔn)；1993年， IEEE公布了VHDL_93;1999年： VHDL_AMS（Analog Mixed Signal）1999年： VHDL1076.6(RTL可綜合子集)；2000年1月公布了VHDL1076-2000;2002年5月公布了VHDL1076-2002;,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),5,VHDL的優(yōu)點(diǎn),用于設(shè)計(jì)復(fù)雜的、多層次的設(shè)計(jì)。支持設(shè)計(jì)庫(kù)和設(shè)計(jì)的重復(fù)使用與硬件獨(dú)立，一個(gè)設(shè)計(jì)可用于不同的硬件結(jié)構(gòu)

5、，而且設(shè)計(jì)時(shí)不必了解過多的硬件細(xì)節(jié)。有豐富的軟件支持VHDL的綜合和仿真，從而能在設(shè)計(jì)階段就能發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的Bug，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，降低成本。更方便地向ASIC過渡VHDL有良好的可讀性，容易理解。,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),6,§2 設(shè)計(jì)流程,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),7,,ENTITY full_adder ISPORT ( a,b,cin:IN BIT; s,cout

6、:OUT BIT);END full_adder;----------------------------------------------------------------------------ARCHITECTURE dataflow OF full_adder ISBEGINs <= a XOR B XOR cin; cout <= (a AND b) OR (a AND cin)

7、 OR (b AND cin)END dataflow;,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),8,VHDL代碼到電路的轉(zhuǎn)換,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),9,VHDL與計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的區(qū)別運(yùn)行的基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言是在CPU＋RAM構(gòu)建的平臺(tái)上運(yùn)行VHDL設(shè)計(jì)的結(jié)果是由具體的邏輯、觸發(fā)器組成的數(shù)字電路執(zhí)行方式計(jì)算機(jī)語(yǔ)言基本上以串行的方式執(zhí)行VHDL在總體上是以并行方式工作驗(yàn)證方式計(jì)算機(jī)語(yǔ)言主要關(guān)注于變量值的變化VHDL要實(shí)現(xiàn)

8、嚴(yán)格的時(shí)序邏輯關(guān)系,§3 VHDL語(yǔ)言,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),10,§3.1 VHDL標(biāo)識(shí)符（Identifiers）,基本標(biāo)識(shí)符由字母、數(shù)字和下劃線組成第一個(gè)字符必須是字母最后一個(gè)字符不能是下劃線不允許連續(xù)2個(gè)下劃線保留字(關(guān)鍵字)不能用于標(biāo)識(shí)符大小寫是等效的,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),11,§3.2 VHDL數(shù)據(jù)對(duì)象,常數(shù)（Constant）固定值，不能在程序中被改變

9、增強(qiáng)程序的可讀性，便于修改程序在綜合后，連接到電源和地可在Library、Entity、Architecture、Process中進(jìn)行定義，其有效范圍也相應(yīng)限定語(yǔ)法：constant 常量名 : 類型[取值范圍][:=常數(shù)];constant data_bus_width: integer := 8 ;,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),12,信號(hào)（Signals）代表連線，Port也是一種信號(hào)沒有方向性，可給它賦值，也

10、可當(dāng)作輸入在Entity中和Architecture中定義設(shè)定的初始值在綜合時(shí)沒有用，只是在仿真時(shí)在開始設(shè)定一個(gè)起始值。用 <= 對(duì)信號(hào)進(jìn)行賦值語(yǔ)法：signal 信號(hào)名 ：類型[取值范圍][:=初值];signal count：bit_vector(3 downto 0):=“0011”;,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),13,變量（Variable）臨時(shí)數(shù)據(jù)，沒有物理意義只能在Process和Functio

11、n中定義，并只在其內(nèi)部有效要使其全局有效，先轉(zhuǎn)換為Signal。用 := 進(jìn)行賦值語(yǔ)法：variable 變量名 ：類型[取值范圍][:=初值]; variable result : std_logic := ‘0’;,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),14,信號(hào)與變量的區(qū)別,一、變量1．變量是對(duì)暫時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行局部存儲(chǔ)的。2．變量的說明和賦值只能在順序部分進(jìn)行，即只能在進(jìn)程、 過程或函數(shù)中進(jìn)行。

12、3．變量的賦值具有立即性，不包含延時(shí)信息，更像高級(jí)語(yǔ)言。4．如果需要將變量的值用于進(jìn)程之外，只要將變量的值賦予 相同類型的信號(hào)即可。二、 信號(hào)1．有一定的延時(shí)性。2．進(jìn)程只對(duì)信號(hào)敏感，不對(duì)變量敏感。,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),15,信號(hào)與變量的區(qū)別,architecture a of start is signal tmp : std_logic;begin process(a_bus)

13、begin tmp <= '1'; for i in 3 downto 0 loop tmp <= a_bus(i) and tmp; end loop; carryout <= tmp; end process;end a;,architecture a of start is begin process(a_bus)

14、 variable tmp:std_logic; begin tmp := '1'; for i in 3 downto 0 loop tmp := a_bus(i) and tmp; end loop; carryout <= tmp; end process;end a;,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),16

15、,§3.3 VHDL數(shù)據(jù)類型,位（bit）: 邏輯‘0’ 或 ‘1’布爾（boolean）整數(shù)（integer）: -(231-1)~+(231-1)正整數(shù)（positive）自然數(shù)（natural）實(shí)數(shù)（real）字符（character）：‘7’、‘A’時(shí)間（time）: ns, us, sec, min, hr物理類型: 用于表示時(shí)間和電壓等物理量。,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),17,VHDL數(shù)據(jù)類

16、型－枚舉,列舉數(shù)據(jù)對(duì)象可能存在的值，一般用于定義狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)type states is (idle, start, running, pause, stop);signal current_state : states;IEEE1076標(biāo)準(zhǔn)中預(yù)定義了兩個(gè)枚舉類型type boolean is (False, True);type bit is (‘0’, ‘1’) ;signal a : bit ;,2024/3/17,邏

17、輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),18,IEEE1164標(biāo)準(zhǔn)中預(yù)定義了一個(gè)枚舉類型： type std_logic is (‘U’, ‘X’,‘0’, ‘1’, ‘Z’, ‘W’, ‘L’, ‘H’, ‘-’); ‘U’ 初始不定值 ‘X’ ‘‘強(qiáng)” 不確定值 （綜合后為不確定值） ‘0’ ‘‘強(qiáng)” 0 （綜合后為0） ‘1’ ‘‘強(qiáng)” 1 （綜合后為1）

18、‘Z’ 高阻態(tài) （綜合后為三態(tài)緩沖器） ‘W’ ‘‘弱” 不確定值 ‘L’ ‘‘弱” 0 ‘H’ ‘‘弱” 1 ‘-’ 不可能出現(xiàn)的情況 注意：這里的大小寫是敏感的,VHDL數(shù)據(jù)類型－枚舉,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),19,標(biāo)量---單個(gè)位BITSTD_LOGICSTD_ULOGICBOOLEAN矢量BIT_VECTO

19、RSTD_LOGIC_VECTORSTD_ULOGIC_VECTORINTEGER , SIGNED , UNSIGNED,VHDL數(shù)據(jù)類型－矢量和標(biāo)量,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),20,VHDL數(shù)據(jù)類型－復(fù)合類型,數(shù)組(array)多個(gè)相同類型成員組成的隊(duì)列，一般用于定義數(shù)據(jù)總線、地址總線等。VHDL中使用數(shù)組，必須先定義數(shù)組類型和數(shù)組對(duì)象。語(yǔ)法：type 數(shù)組類型名 is array 下標(biāo)范圍 of 元素

20、類型; type matrix4x3 is array (1 to 4,1 to 3) of integer;signal matrixA:matrix4x3 :=((1,2,3),(4,5,6),(7,8,9),(10,11,12)),2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),21,VHDL數(shù)據(jù)類型－復(fù)合類型,記錄類型(record)相同或不同類型的元素組成，類似C中的結(jié)構(gòu)體具有模型抽

21、象能力，用于描述一個(gè)功能模塊type iocell is record Enable :bit; DataBus :bit_vector(7 downto 0); end record; singal bus : iocell; bus.Enable <= ‘1’; bus.DataBus <= “00110110”;,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),22,--eq

22、comp4 is a four bit equality comparatorLibrary IEEE;use IEEE.std_logic_1164.all;entity eqcomp4 isport(a, b:in std_logic_vector(3 downto 0); equal :out std_logic);end eqcomp4;architecture dataflow of e

23、qcomp4 isbegin equal <= ‘1’ when a=b else ‘0’;End dataflow;,VHDL 大小寫不敏感,eqcomp4.vhd,包,,實(shí)體,,構(gòu)造體,,文件名和實(shí)體名一致,,,每行；結(jié)尾,,關(guān)鍵字begin,關(guān)鍵字end后跟實(shí)體名,關(guān)鍵字end后跟構(gòu)造體名,,,,庫(kù),,§3.4 VHDL代碼結(jié)構(gòu),2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),23,實(shí)體（entity）,描述此設(shè)計(jì)

24、功能輸入輸出端口（port）在層次化設(shè)計(jì)時(shí)，port為模塊之間的接口在芯片級(jí)，則代表具體芯片的管腳,entity eqcomp4 isport (a, b : in std_logic_vector(3 downto 0) ； equal : out std_logic );end eqcomp4;,語(yǔ)法：entity 實(shí)體名 is[ port (端口信號(hào)說明);]end [

25、entity] [實(shí)體名];,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),24,實(shí)體－端口的模式,輸入（ input）輸出（output）雙向（inout）：可代替所有其他模式，但降低了程序的可讀性，一般用于與CPU的數(shù)據(jù)總線接口緩沖（buffer）：與output類似，但允許該管腳名作為一些邏輯的輸入信號(hào),2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),25,Out與Buffer的區(qū)別,Entity test1 is port(a: in s

26、td_logic; b,c: out std_logic ); end test1; architecture a of test1 is begin b <= not(a); c <= b;--Error end a;,Entity test2 is port(a: in std_logic;

27、 b : buffer std_logic; c : out std_logic ); end test2; architecture a of test2 is begin b <= not(a); c <= b; end a;,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),26,結(jié)構(gòu)體（

28、Architecture）,描述實(shí)體的內(nèi)部操作結(jié)構(gòu)體有三種描述方式行為描述(behavioral)數(shù)據(jù)流描述(dataflow)結(jié)構(gòu)化描述(structural),語(yǔ)法：architecture 結(jié)構(gòu)體名 of 實(shí)體名 is [定義語(yǔ)句] begin結(jié)構(gòu)體的主體部分end 結(jié)構(gòu)體名;,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),27,結(jié)構(gòu)體－行為描述,Architecture behavioral of

29、eqcomp4 is begincomp: process (a,b) beginif a=b then equal <= ‘1’; else equal <=‘0’;end if; end process comp;end behavioral ;,高層次的功能描述，不必考慮在電路中到底是怎樣實(shí)現(xiàn)的。,實(shí)體名稱,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),28,結(jié)構(gòu)體

30、－數(shù)據(jù)流描述描述輸入信號(hào)經(jīng)過怎樣的變換得到輸出信號(hào),Architecture dataflow1 of eqcomp4 is begin equal <= ‘1’ when a=b else ‘0’;end dataflow1;,Architecture dataflow2 of eqcomp4 is beginequal <= not(a(0) xor b(0))

31、 and not(a(1) xor b(1)) and not(a(2) xor b(2)) and not(a(3) xor b(3));end dataflow2;,當(dāng)a和b的寬度發(fā)生變化時(shí)，需要修改設(shè)計(jì)，當(dāng)寬度過大時(shí)，設(shè)計(jì)非常繁瑣,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),29,結(jié)構(gòu)體－結(jié)構(gòu)化描述,architecture struct of eqco

32、mp4 isbegin U0:xnor2 port map(a(0),b(0),x(0)); U1:xnor2 port map(a(1),b(1),x(1)); U2:xnor2 port map(a(2),b(2),x(2)); U3:xnor2 port map(a(3),b(3),x(3)); U4:and4 port map(x(0),x(1),x(2),x(3),equal);

33、end struct;,類似于電路的網(wǎng)絡(luò)表，將各個(gè)器件通過語(yǔ)言的形式進(jìn)行連接，與電路有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。一般用于大規(guī)模電路的層次化設(shè)計(jì)時(shí)。,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),30,三種描述方式的比較,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),31,§3.5 運(yùn)算操作符和屬性,賦值運(yùn)算符 給矢量中的某些位賦值、或?qū)δ承┪恢獾?其它（用OTHERS表示）位賦值。VARIABLE y : STD_LOGIC_VECT

34、OR (3 DOWNTO 0) ;SIGNAL w : STD_LOGIC_VECTOR(0 TO 7) ;Y := “0000” ;w ‘1’，OTHERS => ‘0’) ;,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),32,邏輯運(yùn)算符AND、OR、NAND、NOR、XOR、NOT關(guān)系運(yùn)算符=、/=、、=算術(shù)運(yùn)算符+、-、*、/、MOD、REM、ABS移位運(yùn)算sll srl sla sra ro

35、l ror并置(連接)運(yùn)算符&（，，，，）,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),33,屬性（Attributes）,用于獲取數(shù)據(jù)的相關(guān)信息數(shù)值類屬性d’LOW ：返回?cái)?shù)組索引的下限值d’HIGH ：返回?cái)?shù)組索引的下限值d’LEFT ：返回?cái)?shù)組索引的左邊界值d’RIGHT ：返回?cái)?shù)組索引的右邊界值d’LENGTH ：返回矢量的長(zhǎng)度值d’RANGE ：返回矢量的位寬范圍

36、d’REVERSE_RANGE ：按相反的次序，返回 矢量的位寬范圍,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),34,signal d: STD_LOGIC_VECTOR (7 downto 0);則有：d’LOW = 0d’HIGH = 7d’LEFT = 7d’RIGHT = 0d’LENGTH = 8

37、d’RANGE = (7 downto 0)d’REVERSE_RANGE = (0 to 7);,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),35,屬性（Attributes）–續(xù),信號(hào)類屬性s’EVENT :s的值發(fā)生了變化，則返回值為TRUEs’STABLE :s的值保持穩(wěn)定，則返回值為TRUEs’ACTIVE :s的值等于‘1’，則返回值為TRUEs’QUIET :指定時(shí)間內(nèi)無(wú)變化，則返回TUREs’LA

38、ST_EVENT:上次事件發(fā)生到現(xiàn)在所經(jīng)歷的時(shí)間值s’LAST_ACTIVE:最后一次s=‘1’到現(xiàn)在所經(jīng)歷的時(shí)間值s’LAST_VALUE:返回最后一次變化前s的值 s’EVENT 和 s’STABLE可以被綜合，其它仿真用。,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),36,§3.6并行語(yǔ)句,并行語(yǔ)句位于process外面，同時(shí)執(zhí)行，不分位置的先后順序并行語(yǔ)句包括：布爾等式： <=with-selec

39、t-whenwhen-else,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),37,with-select-when語(yǔ)句 with Sel_signal select Signal_name <= a when Sel_signal_1, b when Sel_signal_2, c when

40、 Sel_signal_3,… x when Sel_signal_x;,Signal s : std_logic_vector(1 downto 0);Signal a,b,c,d,x : std_logic;with s select x <= a when “00”, b when “01”,

41、c when “10”, d when others;,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),38,when-else語(yǔ)句 Signal_name <= a when condition1 else b when condition2 else c when condition3

42、 else … x ;,x <= a when s=“00” else b when s=“01” else c when s=“10” else d;,Signal a,b,c,d:std_logic;Signal w,x,y,z:std_logic;x <= w when a=‘1’ else

43、 x when b=‘1’ else y when c=‘1’ else z when d=‘1’ else ‘0’;,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),39,實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)編碼器 encode <= “111” when D(7) = ‘1’ else “110” when D(6) = ‘1’ else

44、 “101” when D(5) = ‘1’ else “100” when D(4) = ‘1’ else “011” when D(3) = ‘1’ else “010” when D(2) = ‘1’ else “0

45、01” when D(1) = ‘1’ else “000” when D(0) = ‘1’ else “000”;,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),40,when-else語(yǔ)句條件語(yǔ)句可以是一個(gè)簡(jiǎn)單的表達(dá)式with-select-when則不能采用表達(dá)式作為條件 a <= “0000” when state=idle and st

46、ate=‘1’ else “0001” when state=idle and state=‘0’ else b when state=running and state=‘1’ else a;,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),41,§3.7順序語(yǔ)句,Process，F(xiàn)unction，Procedure中的語(yǔ)句都是順序執(zhí)行。Process與Process之間

47、，與其他并行語(yǔ)句之間都是并行的關(guān)系if-then-elsecase-when,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),42,if-then-else if (condition1) then do something ; elsif (condition2) then … else do something different ; end if;,,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),43,用于作地址譯碼

48、 InRam = X “0000” and addr = X “4000” and addr = X “4008” and addr = X “8000” and addr = X “C000” then EEPRom <= ‘1’; end if;,B:2進(jìn)制 O:8進(jìn)制 X:16進(jìn)制,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),44,case-when case sel_signal is

49、 when value_1 => (do sth) when value_2 => (do sth) … when value_last => (do sth) end case;,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),45,實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管譯碼器Process

50、(address) begin case address is when “0000” => decode decode decode decode decode <= X “00”; end case; end process;,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),46,幾種語(yǔ)句的比較,2024/3/17,

51、邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),47,§3.8包與庫(kù),語(yǔ)法: package 包名稱 is 包說明語(yǔ)句 end [package] [包名稱]; package body 包名稱 is 包主體說明語(yǔ)句 end [package body][包名稱],包說明：包含信號(hào)定義、常數(shù)定義、數(shù)據(jù)類型、 元件語(yǔ)句、函數(shù)定義和過程定義等。包主體：component描述、函數(shù)和過

52、程體。,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),48,經(jīng)常使用的代碼可以采取component、function或者procedure等形式放到package中，然后被編譯到目標(biāo)庫(kù)中。,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),49,Figure 10-1: Gate Circuit,§3.9－VHDL程序示例,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),50,Figure 10-2: Inverter with Feedback,2024/3/

53、17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),51,Figure 10-3: Three Gates with a Common Input and Different Delays,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),52,Figure 10-4: Array of AND Gates,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),53,Figure 10-5: 2-to-1 Multiplexer,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),54,Figure 10-6:

54、Cascaded 2-to-1 MUXes,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),55,Figure 10-7: 4-to-1 Multiplexer,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),56,Figure 10-8: VHDL Module with Two Gates,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),57,Figure 10-10,-- filename: FullAdder.vhdlibrary ieee;use ieee.s

55、td_logic_1164.all;------------------------------------------------------------entity FullAdder isport (X,Y,Cin: in bit; --InputsCout, Sum: out bit);--Outputsend FullAdder;architecture Equations of FullAdd

56、er isbegin-- concurrent assignment statementsSum <= X xor Y xor Cin after 10 ns; Cout <= (X and Y) or (X and Cin) or (Y and Cin) after 10 ns;end Equations ;,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),58,Figure 10-11: 4-Bit Binary

57、 Adder,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),59,Figure 10-12: Structural Description of a 4-Bit Adder,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),60,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),61,Figure 10-13: VHDL Description of a ROM,1entity ROM9_17 is2port (A, B, C: in bit; F: out bit

58、_vector(0 to 3));3end entity; 4architecture ROM of ROM9_17 is5type ROM8X4 is array (0 to 7) of bit_vector(0 to 3);6constant ROM1: ROM8X4 := ("1010", "1010", "0111","0101&quo

59、t;, "1100", "0001", "1111", "0101");7signal index: Integer range 0 to 7;8begin9Index <= vec2int(A&B&C); -- A&B&C Is a 3-bit vector10-- vec2int is a

60、function that converts this vector to an integer11F <= ROM1 (index);12-- this statement reads the output from the ROM13end ROM;,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),62,Figure 10-14: Comparator for Integers,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

61、,63,Figure 10-15: NOR-NOR Circuit and Structural VHDL Code Using Library Components,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),64,Figure 10-16: Tri-State Buffer,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),65,Figure 10-17: Tri-State Buffers Driving a Bus,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

62、,66,Figure 10-18: Resolution Function for Two Signals,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),67,Figure 10-19: VHDL Code for Binary Adder,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),68,Figure 10-20: VHDL Code for Bi-Directional I/O Pin,entity IC_pin isport(IO_pin:

63、inout std_logic);end entity;architecture bi_dir of IC_pin iscomponent ICport(input: in std_logic; output: out std_logic);end component;signal input, output, en: std_logic;begin -- connections to bi-

64、directional I/O pinIO_pin <= output when en = '1' else 'Z';input <= IO_pin;IC1: IC port map (input, output);end bi_dir;,2024/3/17,邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ),69, 建立一目錄modelsimStudy。用任何文本編輯器編輯一個(gè)簡(jiǎn)單 的例子程序，例如coun

65、ter.vhd。 打開Modelsim，首先create project，工程名隨意取，目錄設(shè) 在modelsimStudy下，默認(rèn)的庫(kù)work不變（這樣就不用管什么 建立庫(kù)之類的東西了）。然后add existing file，把文件加入 當(dāng)前工程。 編譯此文件，通過之后，work下面會(huì)出現(xiàn)counter這個(gè)實(shí)體。 然后選中它，右鍵，simulate（左鍵雙擊也可）。 選擇view下面的 obje

66、cts 和 wave窗口就行了。wave窗口剛打開 時(shí)是空的，需要在objects窗口的 add -> wave -> signals in region。這時(shí)，wave窗口就有counter的相關(guān)信號(hào)。 給counter的clk輸入激勵(lì)，在object窗口中選中clk，右鍵選 clock，給它定義個(gè)時(shí)鐘。運(yùn)行Run，看波形。,§3.10－VHDL的ModelSim仿真,2024/3/1