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硬件描述语言实验报告资料

硬件描述语言实验报告资料

《硬件描述语言》实验报告学院：学号：姓名：专业：实验时间：实验地点：指导教师：年月实验一简单组合逻辑设计一、实验目的及要求：1.掌握基本组合逻辑电路的实现方法。

2.初步了解两种基本组合逻辑电路的生成方法。

3.学习测试模块的编写。

4.通过综合和布局布线了解不同层次仿真的物理意义。

二、实验设备及要求装有modesim和synplify的电脑一台三、实验内容与步骤1.实验内容：本次实验采用Verilog HDL语言设计一个可综合的数据比较器，其功能是比较数据a与数据b的结果，如果两个数据相同，则输出结果1，否则给出结果0；并写出测试模型，使其进行比较全面的测试。

2.实验步骤：（1）建立工程文件，编写模块源码和测试模块,要求测试模块对源文件进行比较全面的测试；（2）编译源码和测试模块，用测试模块对源文件进行测试，并进行仿真；（3）观察综合后生成的文件和源文件的不同点和相同点。

（4）综合时采用不同的FPGA器件，观察综合后的结果有什么不同。

四、实验结果与数据处理：1.RTL图及仿真后波形图：2.综合后的电路图：五、分析与讨论：1.课本练习一的测试方法二中，第二个initial块有什么用？它与第一个initial块有什么关系？答：测试方法二中的第二个initial用来暂停仿真以便观察仿真波形，它与第一个initial是并行关系2.如果在第二个initial块中，没有写出#10000或者$stop，仿真会如何进行？答：如果没有写#10000，仿真会直接停止，没有$stop，仿真不会结束。

3.比较两种测试方法，哪一种更全面？答：第二种测试方法更全面，测试了更多种的变换的情况。

实验二简单分频时序逻辑电路的设计一、实验目的及要求：1.掌握条件语句在简单时序模块设计中的使用；2.掌握verilog语句在简单时序模块设计中的使用；3.学习在Verilog模块中应用计数器；4.学习测试模块的编写、综合和不同层次的仿真。

二、实验设备及要求装有modesim和synplify的电脑一台三、实验内容与步骤：1.实验内容：（1）使用always块和@(posedge clk)或@（negedge clk）的结构来表述时序逻辑，设计1/2分频的可综合模型。

计算机系统设计硬件描述语言与逻辑设计

计算机系统设计硬件描述语言与逻辑设计

计算机系统设计硬件描述语言与逻辑设计计算机系统设计是指通过软件和硬件的相互配合来实现计算机系统的构建和功能。

在这个过程中，硬件描述语言（HDL）发挥着重要的作用。

HDL是一种用于描述计算机系统硬件的语言，它可以用来设计、验证和仿真数字电子电路，并转化为可实现的布局，进而实现系统功能。

一、硬件描述语言的定义与作用硬件描述语言是一种特殊的编程语言，用于描述计算机硬件的功能和结构。

它能够对硬件进行逻辑设计，并通过编程来实现不同的功能。

常见的硬件描述语言包括VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）和Verilog。

硬件描述语言的作用有以下几个方面：1. 设计和验证功能：通过使用硬件描述语言，工程师可以对计算机硬件进行设计和验证。

在设计过程中，硬件描述语言可以描述硬件的功能和结构，有助于工程师在设计阶段快速定位问题并进行修正。

2. 面向抽象级别：硬件描述语言可以在不同的抽象级别上进行描述。

工程师可以在高级抽象级别上描述整个系统，也可以在低级抽象级别上描述硬件电路的细节。

这使得硬件描述语言非常灵活，能够适应不同的设计需求。

3. 支持仿真和验证：硬件描述语言可以与仿真工具结合使用，用于验证设计的正确性。

通过对硬件描述语言编写的代码进行仿真，工程师可以模拟不同输入条件下的系统运行情况，从而验证设计的正确性，发现潜在问题。

二、逻辑设计与硬件描述语言逻辑设计是计算机系统设计的一个重要环节，通过逻辑设计，可以实现计算机系统的各种功能。

硬件描述语言在逻辑设计中扮演着关键的角色。

1. 逻辑门电路的描述：逻辑门电路是计算机系统中最基本的组成部分。

硬件描述语言可以用来描述不同类型的逻辑门电路，并通过逻辑门之间的连接实现复杂的逻辑功能。

2. 状态机的设计：状态机在计算机系统中广泛应用，用于描述系统的状态和状态之间的转换关系。

硬件描述语言可以描述各种类型的状态机，包括Mealy状态机和Moore状态机，并实现其对应的功能。

第九章 硬件描述语言简介

第九章 硬件描述语言简介

6、关键词 、
关键词是Verilog HDL语言内部的专用词。
三、 模块的两种描述方式 1、行为描述方式 、
行为描述方式通过行为语句来描述电路要实现的功能，表 行为描述方式通过行为语句来描述电路要实现的功能， 示输入与输出间转换的行为，不涉及具体结构。 示输入与输出间转换的行为，不涉及具体结构。
2、结构描述方式 、
本章小结
• 硬件描述语言是用于描述硬件电路的一种专用计 算机编程语言，用它可以对任何复杂的电路进行 完整的功能、动态时间参数甚至功耗参数的描述。 • 作为一种高级语言，Verilog HDL有严格的语法规 定，必须严格按照这些规定编写出的源文件，才 能被应用软件所识度和运行。
第九章*
一、内容提要
硬件描述语言简介
本章简要介绍硬件描述语言。首先简单介绍了 硬件描述语言的基本概念和发展与应用概况，然后 介绍了有关Verilog HDL的基本知识，最后给出了 几个用Verilog HDL描述逻辑电路的实例。
二、本章内容
9.1 概述 概述 9.2 Verilog HDL简介 简介 9.3 用Verilog HDL描述逻辑电路的实例 描述逻辑电路的实例
模块的基本语法结构如下： module <模块名 (<端口列表 模块名> 端口列表 端口列表>) 模块名 <定义 定义> 定义 <模块条目 模块条目> 模块条目 endmodule 根据<定义 模块条目 的描述方法不同，可将模块分成 根据 定义><模块条目 的描述方法不同， 定义 模块条目>的描述方法不同 行为描述模块、结构描述模块，或者是二者的组合。 行为描述模块、结构描述模块，或者是二者的组合。 行为描述模块通过编程语言定义模块的状态和功能 通过编程语言定义模块的状态和功能。 行为描述模块通过编程语言定义模块的状态和功能。 结构描述模块将电路表达为具有层次概念的互相连接的子 结构描述模块将电路表达为具有层次概念的互相连接的子 模块，其最底层的元件必须是Veriolg HDL 支持的基元或已定 模块，其最底层的元件必须是 义过的模块。 义过的模块。

硬件描述语言

硬件描述语言

硬件描述语言硬件描述语言（HardwareDescriptionLanguage，HDL），是一种特殊的编程语言，旨在帮助设计人员（称作HDL程序员）创建电子系统的软硬件。

它支持现在最先进的电子系统，并能够提供开发方案，以更快地实现目标，更有效地使用更少的资源，并且更稳定地完成任务。

HDL是一种高级程序设计语言，由若干种编程语言构成，其中包括Verilog，VHDL, SystemVerilog等。

HDL语言描述技术主要用于描述单片机或模拟集成电路（IC）中的复杂电路结构和功能。

它以硬件参数、原语和结构描述为基础，能够描述逻辑系统的底层电路，比如门逻辑、触发器、多路选择器、比较器等。

HDL具有许多优点，能够极大地降低电路设计的困难程度，同时简化设计的复杂性和过程，可以提高设计效率和提升最终产品的性能。

HDL提供方便的调试和测试功能，可以支持电路设计过程管理，减少产品设计和开发的工作量。

此外，HDL能够提供标准、可重用的描述，以及可读性好的语法，可以显著简化设计过程。

HDL的另一个重要优点是，它可以帮助HDL程序员创建更复杂、更现代化的电路设计，而不需要编译器和其它复杂的程序设计开发工具。

HDL可以提供电路设计过程中所需的所有功能，包括定义电路功能，输入输出管理，系统级构建，网络结构，状态机控制，信号处理，数据传输等。

它还利用可视化技术以及带有标准和完善的接口，能够更快地识别和定位问题，大大降低了调试产品的时间。

HDL的另一个优点在于，它具有许多可扩展性，无需为每个项目开发新的硬件。

HDL能够有效地管理工厂现有的系统设计，例如将新的硬件模块添加到已有的电路框架中，并且能够有效地利用已有的硬件，尽可能减少更改硬件布局的时间。

当今，HDL已经成为电子行业中最专业化的编程语言，并被广泛应用于微处理器、嵌入式系统、数字信号处理（DSP）、模拟信号处理（ASP）、网络交换、存储器系统，以及其它领域。

HDL在加速设计过程、改善产品质量、减少产品成本方面十分有用，是现今许多企业进行电子产品设计的重要工具。

HDL软件介绍范文

HDL软件介绍范文

HDL软件介绍范文HDL（硬件描述语言）是一种用于描述数字系统硬件结构的语言，它可以用于设计和模拟数字电路。

HDL软件是一种用于编写和分析HDL代码的工具，它可以帮助工程师有效地设计和验证复杂的硬件系统。

在HDL软件中，设计师可以使用HDL语言编写硬件描述代码。

这些代码描述了系统中各个组件的功能和连接关系。

HDL软件可以根据这些代码生成电路图，以便设计师可以更直观地理解系统结构。

2.编译器：HDL软件附带了一个编译器，它用于将HDL代码编译为可执行文件。

编译器将代码转换为等效的逻辑电路，并生成电路图。

3.仿真器：HDL软件具有内置的仿真器，用于模拟设计的行为。

仿真器可以加载编译后的代码，并通过模拟输入信号来观察输出信号。

这使得设计师可以在实际制造硬件之前对设计进行测试和验证。

4.调试器：HDL软件提供了一个调试器，设计师可以使用它来分析仿真结果和调试代码。

调试器允许设计师在仿真过程中设置断点，并观察变量的值和信号波形。

5.特殊工具：HDL软件通常还包含一些特殊工具，用于执行特定的任务。

例如，一些HDL软件提供了时序分析工具，用于分析和优化数字电路的时序性能。

其他工具可能包括布线工具和综合工具，以进一步优化硬件设计。

在选择HDL软件时，设计师应考虑以下几个因素：1.可用性：设计师应选择易于使用的HDL软件，它提供了直观的界面和丰富的文档资料。

2.功能：HDL软件的功能应满足设计需求。

设计师应评估软件是否支持所需的HDL语言和仿真器特性。

3.兼容性：HDL软件应与其他工具和硬件设备兼容，以便与其他软件一起使用。

4.性能：设计师应评估HDL软件的性能，包括编译时间和仿真速度。

较快的编译和仿真能够显著提高设计效率。

5.社区支持：设计师应考虑选择具有活跃的用户社区和论坛的HDL软件。

这样可以更容易地获取帮助和解决问题。

目前市面上有多种HDL软件可供选择，其中一些比较流行的软件包括：1. Xilinx ISE：这是一款由Xilinx开发的HDL软件，用于设计和验证FPGA和ASIC。

vhdl语言

vhdl语言

VHDL语言简介VHDL（VHSIC Hardware Description Language）即可高速集成电路硬件描述语言，是一种用于描述数字系统和电路的硬件描述语言。

它在1981年由美国国防部的高速集成电路联合委员会（VHSIC）开发，用于设计大规模集成电路。

VHDL是一种面向对象的语言，可以用于描述各种数字系统，从简单的逻辑门到复杂的处理器。

它提供了丰富的语法和语义，使得设计人员可以准确地描述他们的电路和系统。

VHDL的优势VHDL作为一种硬件描述语言，在数字系统设计中具有许多优势。

1.可重用性：VHDL允许设计人员创建可重用的模块和子系统，这些模块和子系统可以在不同的项目中重复使用，提高了设计效率和可维护性。

2.仿真和验证：VHDL具有强大的仿真和验证能力，可以在设计之前对系统进行全面的仿真和验证。

这有助于检测和纠正潜在的问题，并确保系统在硬件实现之前达到预期的功能。

3.抽象级别：VHDL允许设计人员在不同的抽象级别上描述系统，从高级的行为级别到底层的结构级别。

这使得设计人员可以根据需要在不同的级别上工作，并且可以更容易地进行系统级别的优化。

4.灵活性和可扩展性：VHDL支持灵活的设计方法和工作流程，并允许设计人员在设计过程中进行迭代和修改。

它还可以与其他常用的设计工具和方法集成，以满足特定的需求。

VHDL语言的基本结构VHDL语言由模块、实体、架构以及信号和过程等基本元素组成。

模块（Module）模块是VHDL中描述数字系统的最基本单位。

一个模块可以包含多个实体和架构，并通过连接信号进行通信。

每个模块都有一个顶层实体和一个或多个架构。

实体（Entity）实体是描述模块的接口和行为的抽象。

它定义了输入输出端口，以及模块对外部环境的接口。

一个实体可以有一个或多个架构。

架构（Architecture）架构描述模块的具体行为和内部结构。

它定义了模块的内部信号和过程，以及对外部信号和过程的接口。

hdl硬件描述语言

hdl硬件描述语言

hdl硬件描述语言
HDL是Hardware Description Language的缩写，即硬件描述语言。

它是一种用于描述数字电路的语言，包括了数字电路的功能、结构和行为等方面。

HDL 通常用于设计和模拟数字电路，以帮助工程师更好地理解数字电路的功能和性能，并在设计电路时提供一种有效的工具。

在HDL中，通常使用的是高级语言来描述电路的功能和行为，比如Verilog和VHDL。

这些语言提供了一些强大的特性，如模块化设计、层次结构、波形仿真等，使得电路的设计和测试变得更加高效、方便和准确。

HDL的设计流程通常包括以下几个步骤：首先，需要将所需的电路功能转化为模块化的设计，比如将复杂的电路分解为多个子模块；其次，需要使用HDL语言编写每个模块的描述，包括模块端口定义、内部逻辑和功能描述等；接下来，需要进行波形仿真以验证电路的功能和性能；最后，需要将HDL代码转化为实际的硬件电路，比如使用FPGA或ASIC等技术将代码烧入硬件芯片中。

总之，HDL是一种用于描述数字电路的语言，它可以帮助工程师更好地理解和设计数字电路，提高电路设计和测试的效率和准确性。

硬件描述语言

硬件描述语言


VHDL的程序至少由实体(entity)和结构体(architecture)两部分组成 实体的作用、结构体的作用
entity adder1 is port( a:in bit; b:in bit; s:out bit; co:out bit ); end adder1; --以上是半加器的实体说明 architecture adder1_arch of adder1 is begin s<=a xor b; co<=a and b; end adder1_arch; --以上是半加器的结构体定义
2008-09~2008.12

VHDL 语 言 有 两 个 标 准 版 ： VHDL’87 版 和 VHDL’93 版 。 VHDL’87 版 的 标 识 符 语 法 规 则 经 过 扩 展 后 ， 形 成 了 VHDL’93版的标识符语法规则。前一部分称为短标识符， 扩展部分称为扩展标识符。VHDL’93版含有短标识符和扩 展标识符两部分。
硬件描述语言
VHDL概述及其开发环境

1 硬件描述语言的概念、地位、用途、优点 2 VHDL代码如何变成电路 3 VHDL程序框架（实体＋结构） 4 MAX＋plusII快速入门
2008-09~2008.12
1 硬件描述语言的概念、地位、用途、优点


概念：VHDL是VHSIC（Very High Speed Integrated Circuit） Hardware Descriptions Language的缩写，即超高速集成电路 的硬件描述语言。VHDL语言能够描述硬件电路的结构、行为与 功能。 历史：随着大规模专用集成电路ASIC(Application-specific IC)的开发和研制，为了提高开发的效率，增加已有成果的可继 承性，各ASIC研制和生产厂家相继开发了用于各自目的的硬件 描述语言。其中最有代表性的是美国国防部开发的VHDL语言。 Viewlogic公司开发的Verilog HDL以及ALTERA公司开发的AHDL 语言。VHDL硬件描述语言在1987年被接纳为IEEE 1076标准，并 且在1993年进行了扩展，修订为新的VHDL语言标准IEEE 1164， 1996年，IEEE 1076.3成为VHDL的综合标准。1995年，中国国家 技术监督局发布的《CAD通用技术规范》中也明确推荐采用VHDL 作为我国电子设计自动化硬件描述语言的国家标准。

5-硬件描述语言

5-硬件描述语言

VHDL结构定义的语法
architecture architecture-name of entity-name is type declarations signal declarations constant declarations function definitions procedure definitions component declarations begin concurrent-statement ••• concurrent-statement end architecture-name;
and or nand nor xor xnor not
与 或 与非 或非 异或 异或非 非
mod(7,2)= 1
rem(7,2)= 1
mod(9,3)= 0
mod(5,-2)= -1
mod(X,0)= X
rem(5,-2)= 1
mod(X,X)= 0
类型和常量声明的语法
典型VHDL程序中常用的类型是用户自定义类型，其中 最常用的是枚举类型，通过列举该类型的值来定义。
子类型 例子:
subtype subtype subtype subtype
twoval_logic is std_logic range „0‟ to „1‟; fourval_logic is std_logic range „X‟ to „Z‟; negint is integer range -2147483647 to -1; bitnum is integer range 31 downto 0;
Cout
实体声明
例子: 全加器
A B 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1

09_硬件描述语言——数电课课件PPT

09_硬件描述语言——数电课课件PPT
例9.3.1：串行进位的4位全加器
module Four_bit_fulladd：对4位全加器的顶层结构描述 module onebit_fulladd：对1位全加器内部结构的描述
module Four_bit_fulladd：对4位全加器的顶层结构描述
module onebit_fulladd：对1位全加器内部结构的描述
Sum_temp C_1 C_3 C_2
9.3 用Verilog HDL描述逻辑电路的实例
例9.3.2：描述状态转9.1 概述
一、硬件描述语言的作用 编写设计文件，在EDA工具中建立电路模型； 逐层描述，用分层次的模块表示复杂的数字电路系统。
二、硬件描述语言的发展 各公司自行开发使用，多种硬件描述语言； IEEE标准：VHDL, Verilog HDL
9.2 Verilog简介
➢ 形式上和C语言有很多相似之处； ➢ 模块（module）是描述电路的基本单元； ➢ 模块对应硬件上的逻辑实体，描述这个实体的功能或结
构，以及它与其他模块的接口； ➢ 模块描述的可以是简单的逻辑门，也可以是功能复杂的
系统； ➢ 模块的基本语法结构：
9.2.3 模块的两种描述方式
以2选1数据选择器为例：
9.2.3 模块的两种描述方式
一、行为描述方式
9.2.3 模块的两种描述方式
二、结构描述方式
9.3 用Verilog HDL描述逻辑电路的实例

硬件描述语言(HDL)概述

硬件描述语言(HDL)概述

硬件描述语言（HDL）概述
电子发烧友网核心提示：硬件描述语言HDL是一种用形式化方法描述数字电路和系统的语言。

利用这种语言，数字电路系统的设计可以从上层到下层（从抽象到具体）逐层描述自己的设计思想，用一系列分层次的模块来表示极其复杂的数字系统。

然后，利用电子设计自动化（EDA）工具，逐层进行仿真验证，再把其中需要变为实际电路的模块组合，经过自动综合工具转换到门级电路网表。

接下去，再用专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA自动布局布线工具，把网表转换为要实现的具体电路布线结构。

随着EDA技术的发展，使用硬件语言设计PLD/FPGA成为一种趋势。

目前最主要的硬件描述语言是VHDL和Verilog HDL。

硬件描述语言及器件2(侯伯亨版)

硬件描述语言及器件2(侯伯亨版)

硬件描述语言发展历程
1980年代
第一个HDL，即VHDL诞生。
1990年代
Verilog成为另一种广泛使用的 HDL。
2000年代至今
随着FPGA和ASIC设计复杂性的 增加，HDL在数字电路设计中占 据越来越重要的地位。
硬件描述语言应用领域
集成电路设计
用于描述数字集成电路的行为和结构。
系统级设计
述组合逻辑电路和时序逻辑电路，使得设计者能够更方便地描述电路的行为和功能。
结构建模
总结词
结构建模关注电路的物理结构和组成，使用实例化语句来描述。
详细描述
结构建模是一种基于物理结构的硬件描述方法。它关注电路的物理结构和组成，使用实例化语句来描述电路的各 个组成部分。这种方法使得设计者能够更清晰地表达电路的结构和组成，并且方便地实现电路的模块化和复用。
仿真和测试
Verilog支持仿真和测试，使得设计者能够验证电路的正确性和性能。
可移植性
Verilog代码可以在不同的EDA工具和平台上使用，提高了设计的可 移植性。
模块化设计
Verilog支持模块化设计，使得复杂系统可以被分解为较小的模块， 提高了设计的可维护性和可重用性。
Verilog语言基本结构
混合建模
总结词
混合建模结合了行为建模和结构建模的方法，通过使用不同的建模方法来描述不同的电路部分。
详细描述
混合建模是一种综合使用行为建模和结构建模的方法。它可以根据不同的电路部分选择不同的建模方 法，以实现更全面、更准确的硬件描述。混合建模能够充分发挥行为建模和结构建模的优势，使得设 计者能够更灵活地描述复杂的电路系统。
05
硬件描述语言应用实例
VHDL应用实例

硬件描述语言(VHDL)

硬件描述语言(VHDL)
FOR 元件标号：元件名 USE ENTITY 库名.实体名[（结构名）]；

(1)体内配置指定

(2)体外配置说明
由于体外配置语句是一个独立的编译单位， 故需给它指定一个单位名—配置名。实体 名和结构体名为需对例元做配置的实体及 相应的结构体。

(3)直接例化

二. VHDL语言的数据对象，数据类型
TYPE week IS(sum,mon,tue,wed,thu,fri,sat);
2.整数，实数(Integer,Real)类型 格式：TYPE 数据类型名 IS 数据类型定义约束范围
TYPE twos IS INTEGER RANGE –32768 TO 32767; TYPE voltage IS REAL RANGE 0.0 TO 10.0;



结构体的子结构描述：
BLOCK,PROCESS,SUBPROGRAM三种语句结构
1. BLOCK语句结构描述
格式: 块结构名: BLOCK BEGIN ….
END BLOCK 块结构名；
在对程序进行仿真时，BLOCK语句中所描述的各个语 句是可以并发执行的，它与书写顺序无关。 卫式BLOCK语句的格式:：BLOCK [卫式布尔表达式]； 当卫式布尔表达式为真时，BLOCK语句执行。
为了能重复使用这些函数和过程，这些程 序通常组织在包集合库中。 (1)多个过程和函数汇集在一起就构成一个 包集合（Package)。 (2)n个包集合汇集在一起就形成一个库 （Library)。


(三) 包集合，库及配置
1.库(Library):它是一个经过编译后的数据的集合， 存放包集合EE库，STD库，ASIC矢量库， WORK库，用户定义库。

第5章 硬件描述语言

第5章 硬件描述语言

i=2 1 mod 2=1 result(2)=1
temp=1/2 return result= result(2) result(1) result(0)= 110
VHDL过程
过程可以多次调用 VHDL过程（procedure）与函数相似，但是它不
返回结果。函数可看作为一个表达式，过程则可看 作为一个语句。VHDL过程允许将其参数指定为输 出或输入输出类型，因此实际上过程也可以“返回” 结果。 过程调用格式 过程名 实际参数（表达式）
X‘range：名字后面跟一个单引号表示 “属性”，range是内置属性标识符， 它只用于数组，意思是“数组下标范 围，从左到右”。
FUNCTION CONV_STD_LOGIC(arg:INTEGER;size:INTEGER) RETURN STD_LOGIC_VECTOR is VARABLE result:STD_LOGIC_VECTOR(size-1 downto 0); VARABLE temp: INTEGER; begin temp:=arg; FOR I IN 0 TO size-1 LOOP IF (temp MOD 2)=1 THEN result(i):=‘1’; ELSE result(i):=‘0’; END IF; temp:=temp/2; END LOOP;
指定现有的类型（range-type）的全部值或子集作为数组下标的范围。
数组元素的顺序是从左到右，与下标范围的方向相同。
各个数组元素是由数组名和括号内的元素下标来访问的。 数组变量可通过在括号内列出元素值来赋值。
如：
VHDL还提供一种速记符号对数据元素赋值。
如：
通过指明子集的开始和结束下标来指向数组的连续子集 或片段。注意：片段的方向必须与原数组方向相同。 可用连接操作符&来拼接数组或数组元素。拼接是按照 写的顺序从左到右进行。

硬件描述语言第三讲 硬件描述语言概述

硬件描述语言第三讲 硬件描述语言概述
（2）编码 写出HDL代码。
（3）编译 编译器会对HDL程序进行语法检查，还会产生用于仿
真的一些内部信息。
（4）功能仿真 HDL仿真器允许定义输入并应用到设计中，不必生成
实际电路就可以观察输出，此仿真主要用于检验系统功 能设计的正确性，不涉及具体器件的硬件特性。
（5）综合
利用综合器对VHDL代码进行综合优化处理， 生成门级描述的网表文件，这是将VHDL语言描述 转化为硬件电路的关键布骤。
➢ VHDL工作小组于1981年6月成立，提出了满足电子设 计要求的能够作为工业标准的HDL。
➢ 1983年，提出语言版本和开发软件环境。
➢ 1986年IEEE标准化组织开始工作，讨论VHDL语言标 准，于1987年12月通过标准审查，并宣布实施，即 IEEE STD 1076-1987[LRM87](VHDL’87)。
（6）适配
利用适配器将综合后的网表文件针对某一具体 的目标器件进行逻辑映射操作，包括底层器件配置、 逻辑分割、逻辑优化、布局布线等。此步骤将产生 多项设计结果：①适配报告，包括芯片内部资源的 利用情况、设计的布尔方程描述情况等；②适配后 的仿真模型；③器件编程文件。
（7）时序仿真 根据适配的仿真模型，可以进行时序仿真，仿真结
采用自顶向下(Top Down)的设计方法 系统中可大量采用ASIC芯片 采用系统早期仿真:
包括行为层仿真、RTL层仿真和门级层仿真 降低了硬件电路设计难度 主要设计文件是用HDL语言编写的源程序
HDL语言的种类
从20世纪60年代开始，为了解决大规模 复杂集成电路的设计问题，许多EDA厂商和 科研机构就建立和使用着自己的电路描述语 言，如：Data I/O公司的ABEL-HDL，Altera 公司的AHDL，Microsim公司的DSL，日本开 发的SFL语言和UDL/I等，这些语言一般都是 面向特定的设计领域和层次。

硬件描述语言简介共35页文档

硬件描述语言简介共35页文档
FPGA实现其功能。
25.07.2021
3
举个例子，在传统的设计方法中，对2输入的与
门，我们可能需到标准器件库中调个74系列的器件
出来，但在硬件描述语言中，“& ”就是一个与门的
形式描述，“C = A & B”就是一个2输入与门的描述。
而“and”就是一个与门器件。
硬件描述语言发展至今已有二十多年历史，当
口。
模块在概念上可等同一个器件就如我们调用通用器件
（与门、三态门等）或通用宏单元（计数器、ALU、
CPU）等，因此，一个模块可在另一个模块中调用。
一个电路设计可由多个模块组合而成，因此一个模块
的设计只是一个系统设计中的某个层次设计，模块设
计可采用多种建模方式。
25.07.2021
6
三个描述层次
• 开关级描述：描述电阻、晶体管以及它
<declarations>
<module items>
endmodule
25.07.2021
9
几个简单事例：
例[1] 加法器
module addr (a, b, cin, cout, sum);
input [2:0] a;
input [2:0] b;
input cin;
output cout;
output [2:0] sum;
硬件描述语言简介
1、 舟 遥 遥 以 轻飏， 风飘飘 而吹衣 。
2、 秋 菊 有 佳 色，裛 露掇其 英。
3、 日 月 掷 人 去，有 志不获 骋。
4、 未 言 心 相 醉，不 再接杯 酒。
5、 黄 发 垂 髫 ，并怡 然自乐 。
第九章 硬件描述语言简介
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把设计分为多个适合特定器件内部逻辑 资源实现的逻辑小块的形式
布局与布线
将已分割的逻辑小块放到器件内部逻辑 资源的具体位置并利用布线资源完成各 功能块之间的连接
生成编程文件
生成可供器件编程使用的数据文件
2008-09~2008.12
通过电脑下载到器件
2008-09~2008.12
代码与电路
代码对应于逻辑 逻辑与器件结合产生功能电路 代码的重复代表电路的重复 电路是并行的，所以代码一定是并行的 逻辑的繁简对应代码的繁简
2008-09~2008.12
3 VHDL程序框架（实体＋结构）
VHDL的程序至少由实体(entity)和结构体(architecture)两部分组成 实体的作用、结构体的作用
2008-09~2008.12
内部结构 程序存储 资源类型 集成度 使用场合
速度 其他资源 保密性
2008-09~2008.12
CPLD和FPGA比较
CPLD Product－term
内部EEPROM 组合电路资源丰富
FPGA Look－up Table SRAM，外挂EEPROM 触发器资源丰富
2008-09~2008.12
短标识符(1)
短标识符 VHDL的短标识符是遵守以下规则的字符序列： (1) 必须以英文字母打头。 (2) 字符可以是大写、小写的数字(0～9)和下划线(_)。 (3) 下划线前后都必须有英文字母或数字。 (4) EEA工具综合、仿真时，短标识符不区分大小写。 一般地，对VHDL的保留字：ENTITY，ARCHITECTURE，END，
代码仿真 下载
2008.12
第2讲： VHDL的基本元素
1 标识符 2 数据对象 3 数据类型 4 操作符 5 端口模式
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1 标识符
标识符规则是VHDL语言中符号书写的一般规则。不仅对电 子系统设计工程师是一个约束，同时也为各种各样的EDA 工具提供了标准的书写规范，使之在综合仿真过程中不生 产生歧义，易于仿真。
end adder1_arch;
--以上是半加器的结构体定义
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VHDL工程的模块化特性
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4 MAX＋plusII快速入门
软件的安装 源代码编辑 代码编译
注意1：指向当前工程，文件名与工程名要一致。 注意2：要选择器件，分配引脚。 注意3：任何“警告”都不能忽略。
entity adder1 is
port(
a:in bit;
b:in bit;
s:out bit;
co:out bit
);
end adder1;
--以上是半加器的实体说明
architecture adder1_arch of adder1 is
begin
s<=a xor b;
co<=a and b;
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VHDL语言设计硬件电路的优点（1.3） 1）设计技术齐全，方法灵活，支持广泛 2）系统硬件描述能力强 3）硬件描述语言VHDL可以与工艺无关地进行编程 4）语言标准、规范，易于共享和复用 5）可以仿真验证及优化
VHDL硬件描述语言与计算机软件语言的比较（1.4） 1）VHDL中的硬件相关结构 2）VHDL的并发性 3）VHDL与C++等高级语言比较
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2 VHDL代码如何变成电路
代码是干什么用的？ 脚本，与编辑器无关，与语言无关
可编程逻辑器件的结构 门电路阵列，可以采用一定方法使门组装成不同功能的电路 数字电路中中小规模器件如何实现？（编码器（74LS148） 译码器（74LS154）比较器（74LS85）计数器（74LS193）等 CPLD和FPGA： 基于与或阵列结构的器件－－阵列型（PROM，EEPROM， PAL，GAL，CPLD，CPLD的代表芯片：Altera的MAX系列） 基于门阵列结构的器件－－单元型（FPGA）
历史：随着大规模专用集成电路ASIC(Application-specific IC)的开发和研制，为了提高开发的效率，增加已有成果的可继 承性，各ASIC研制和生产厂家相继开发了用于各自目的的硬件 描述语言。其中最有代表性的是美国国防部开发的VHDL语言。 Viewlogic公司开发的Verilog HDL以及ALTERA公司开发的AHDL 语言。VHDL硬件描述语言在1987年被接纳为IEEE 1076标准，并 且在1993年进行了扩展，修订为新的VHDL语言标准IEEE 1164， 1996年，IEEE 1076.3成为VHDL的综合标准。1995年，中国国家 技术监督局发布的《CAD通用技术规范》中也明确推荐采用VHDL 作为我国电子设计自动化硬件描述语言的国家标准。
硬件描述语言
VHDL概述及其开发环境
1 硬件描述语言的概念、地位、用途、优点 2 VHDL代码如何变成电路 3 VHDL程序框架（实体＋结构） 4 MAX＋plusII快速入门
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1 硬件描述语言的概念、地位、用途、优点
概念：VHDL是VHSIC（Very High Speed Integrated Circuit） Hardware Descriptions Language的缩写，即超高速集成电路 的硬件描述语言。VHDL语言能够描述硬件电路的结构、行为与 功能。
低
高
完成控制逻辑 慢
能完成比较复杂的算法 快
－ 可加密
EAB，锁相环 一般不能保密
设计输入 设计处理 下载编程
把代码转换为逻辑映像
功能仿真 时序仿真 在线测试
综合和优化
优化：将逻辑化简，去除冗余项，减少 设计所耗用的资源
综合：将模块化层次化设计的多个文件 合并为一个网表，使设计层次平面化
映射
VHDL 语 言 有 两 个 标 准 版 ： VHDL’87 版 和 VHDL’93 版 。 VHDL’87 版 的 标 识 符 语 法 规 则 经 过 扩 展 后 ， 形 成 了 VHDL’93版的标识符语法规则。前一部分称为短标识符， 扩展部分称为扩展标识符。VHDL’93版含有短标识符和扩 展标识符两部分。