硬件描述语言-讲义课件PPT(精)

4选1数据选择器实例之一
数的表示方法
整型常量
decimal, hexadecimal, octal or binary format. 两种表达方法
简单的十进制数. 10,9,156. <位宽（可选）> <'进制><0-9 and a to f（hexadecimal）>
attention!
下面是MUX的结构级描述，采用Verilog基本单元(门)描述。描 述中含有传输延时。
module mux21(out, a, b, sl); input a, b, sl; output out;
not u1 (nsl, sl ); and #1 u2 (sela, a, nsl); and #1 u3 (selb, b, sl); or #2 u4 (out, sela, selb); endmodule
七段数码管译码器及仿真研究
Decoder0
D3
D2
IN[3..0] OUT[15..0]
WideOr10
D1
g
D0
DECODER
WideOr8 f
WideOr6 e
WideOr4 d
b~0 b
a~0 a
c
q1~reg0
q2~reg0
PRE
PRE
d
D
Q
D
Q
q2
clk
ENA
ENA
CLR
第九章 硬件描述语言简介
Verilog HDL
HDL的含义
Hardware Description Language
Verilog HDL与其他HDL比较
Verilog HDL —“告诉我你想要电路做什么，我给你提供能 实现这个功能的硬件电路”

也就是说，小于延迟的输 入脉冲不影响输出
in1
in2
20o2u1t /4/x5xxxxxx
;.
7
时间 10
20
30
60
70 80 85
隐式连续赋值延迟:
//隐式连续赋值语句 wire #10 out=i1&i2;
//连续赋值语句，out是线网，i1和i2也是线网 wire out,i1,i2; assign #10 out=i1&i2;
1. 连续赋值语句
连续赋值语句是verilog数据流建模的基本语句，用于对线网进行赋值。它等价 于门级描述，然而是从更高的抽象角度来对电路进行描述。连续赋值语句必须以关 键词assign开始，其语法如下：
assign [delay] target = expression;
连续赋值语句特点：
▪ 连续赋值语句的左值必须是一个标量或向量线网，或者是标量或向量线网的拼接， 而不能是标量或向量寄存器
硬件描述语言及其在数字系统中的应用
2021/4/5
;.
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第四讲 数据流建模
连续赋值语句 表达式、操作符 数据流建模实例
2021/4/5
;.
2
门级建模特点： ▪ 优点：直接简洁 ➢ 在电路规模较小时，对于有数字逻辑电路基础的设计来说，门级建模简单直
观。 ▪ 缺点：电路规模较大时，繁琐易错，需要考虑高层次建模
//连续赋值语句，out是线网，in1和in2也是线网 wire out,in1,in2; assign #10 out=in1&in2;
in1和in2任一发生变化，计 算in1&in2新值赋于左边，会 有10个单位延迟。 在10单位延迟期间，若in1 和in2再次变化，则取in1和 in2当前值计算。

//两次调用异或门实现Sum=A⊕ B⊕ CI
CI
and //调用3个与门AND1,AND2,AND3
AND1(C_1,A,B),
A B
AND2(C_2,A, CI),
AND3(C_3,B, CI);
or
OR1(Cout,C_1,C_2,C_3);
//调用或门实现Cout=AB+A(CI)+B(CI)
A2 B 2 A3 B3
A4B4
CI CO
CI
C O
CI CO
CI CO
C tem p1 Ctemp2 Ctemp3
CO
S a1 d d 1 S 2a d d 2 S a3 d d 3 S 4a d d 4
例8.3.1的4位加法器
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第一节 硬件描述语言简介
//对4位串行进位加法器的顶层结构的描述
endmodule //结束
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XOR2
Sum
XOR1
AND3 OR1 AND2
Cout
AND1
上页 返回
做人，无需去羡慕别人，也无需去花 时间去 羡慕别 人是如 何成功 的，想 的只要 是自己 如何能 战胜自 己，如 何变得 比昨天 的自己 强大就 行。自 己的磨 练和坚 持，加 上自己 的智慧 和勤劳 ，会成 功的。 终将变 成石佛 那样受 到大家 的尊敬 。
是的，折枝的命运阻挡不了。人 世一生 ，不堪 论，年 华将晚 易失去 ，听几 首歌， 描几次 眉，便 老去。 无论天 空怎样 阴霾， 总会有 几缕阳 光，总 会有几 丝暗香 ，温暖 着身心 ，滋养 着心灵 。就让 旧年花 落深掩 岁月， 把心事 写就在 素笺， 红尘一 梦云烟 过，把 眉间清 愁交付 给流年 散去的 烟山寒 色，当 冰雪消 融，自 然春暖 花开， 拈一朵 花浅笑 嫣然。

种语言来描述自己的设计思想，然后利用EDA工具进
行仿真，再自动综合到门级电路，最后用ASIC或
FPGA实现其功能。
2021/6/20
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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
今业界的标准中（IEEE标准）主要有VHDL和
Verilog HDL 这两种硬件描述语言。
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9.2 Verilog HDL 简介
在数字电路设计中，数字电路可简单归纳为两种要素：
线和器件。线是器件管脚之间的物理连线；器件也可简单
end
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endmodule
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2、结构描述方式
结构化的建模方式就是通过对电路结构的描述来建
模，即通过对器件的调用（HDL概念称为例化），并使
用线网来连接各器件的描述方式。
这里的器件包括Verilog HDL的内置门如与门and，
异或门xor等，也可以是用户的一个设计。结构化的描述
方式反映了一个设计的层次结构。
output d_out;
assign d_out = d_en ? din :'bz;
mytri u_mytri(din,d_en,d_out);
endmodule
Endmodule
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模块的结构：
通过上面的实例可看出，一个设计是由一个个模块
（module）构成的。一个模块的设计如下：

《硬件描述语言VHDL概述》
VHDL语言是美国国防部在20世纪80年代初为实现其高速 集成电路计划(Very High Speed Integrated Circuit,VHSIC)而 提出的硬件描述语言（Hardware Description Language,HDL），称为VHDL。
VHDL的主要优点是：
END behavior;
结束
《硬件描述语言VHDL概述》-- 一、
2）数据流描述(也有称为“寄存器传输描述”方式)
数据流描述表示行为，也隐含表示结构。它反映从输入 数据到输出数据之间所发生的逻辑变换。
例：一个二选一的多路选择开关
MUX ENTITY mux IS
d0
二选一
q
PORT (d0,d1: IN BIT; sel: IN BIT;
《硬件描述语言VHDL概述》
4.支持大规模设计的分解和已有设计的再利用，一个大规模 设计不可能一个人独立完成，它将由多人，多项目组来共 同完成。VHDL为设计的分解和设计的再利用提供了有力 的支持。
5.VHDL已成为IEEE承认的一个工业标准，事实上已成为 通用硬件描述语言。目前，大多数的EDA工具几乎在不同 程度上都支持VHDL，这样给VHDL的进一步推广和应用 创造了良好的环境。
1.覆盖面广，描述能力强，是一个多层次的硬件描述语言。
2.VHDL有良好的可读性，即可以被计算机接受，也容易 被理解。
3. 生命期长。VHDL的硬件描述与工艺技术无关，不会因 工艺变化而使描述过时。与工艺技术有关的参数可通过 VHDL提供的属性加以描述，工艺改变时，只需修改相应 程序中的属性参数即可。
q: OUT BIT； bus: OUT BIT_VECTOR(0 TO 7))； 其中的bus就是一个输出型的8位端口（总线）。

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（7）设计灵活，修改方便。
第6章 VHDL硬件描述语言
用VHDL设计电路主要的工作过程是： 编辑 、编 译、功能仿真（前仿真）、综合 、布局、布线 、后仿 真（时序仿真）。
6.1.2 VHDL的基本结构
一个VHDL程序必须包括实体（ENTITY）和结构 体（ARCHITECTURE）。除实体和结构体外，多数程序 还要包含库和程序包部分。实体中定义了一个设计模块 的外部输入和输出端口，即模块（或元件）的外部特征， 描述了一个元件或一个模块与其他部分（模块）之间的 连接关系，可以看作是输入输出信号和芯片管脚信息。 结构体主要用来说明元件内部的具体结构，即对元件内 部的逻辑功能进行说明，是程序设计的核心部分。库是 程序包的集合，不同的库有不同类型的程序包。程序包 用来定义结构体和实体中要用到的数据类型、元件和子 5 程序等。
3
第6章 VHDL硬件描述语言
6.1 VHDL概述
6.1.1 VHDL的特点
（1）作为HDL的第一个国际标准，VHDL具有很强的 可移植性。
（2）具有丰富的模拟仿真语句和库函数 。
（3）VHDL有良好的可读性，接近高级语言，容易理 解。
（4）系统设计与硬件结构无关。
（5）支持模块化设计。
（6）用VHDL完成的一个确定设计，可以利用EDA工 具自动地把VHDL描述转变成门电路级网表文件。
1．预定义数据类型
该类型是最常用、最基本的一种数据类型，在标准 程序包STANDARD和STD LOGIC_ 1164及其他程序包中 作了定义，已自动包含在VHDL源文件中，不必通过USE 语句进行显示调用。
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具体类型如下：
第6章 VHDL硬件描述语言
（1）整数类型（INTEGER）

缓存容量
缓存容量是指硬盘内部用于存储数据的缓存芯片容量，缓存容量越大 ，数据读写速度越快。
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显卡
显卡的概述
显卡的定义
显卡，也称为图形处理器 或GPU，是计算机中负责 处理图形数据的硬件设备 。
显卡的作用
显卡的主要作用是将计算 机中的数字图形数据转换 为可以在屏幕上显示的图 像。
显卡的发展历程
随着计算机技术的不断发 展，显卡的性能和功能也 在不断增强。
电脑硬件的组成
中央处理器（CPU）
负责执行电脑程序中的指令，控制电脑的各 个部件协调工作。
硬盘（HDD/SSD）
用于永久存储数据和程序，即使在电脑关机 后数据也不会丢失。
内存（RAM）
用于存储正在处理的数据和程序，提供快速 数据存取能力。
显卡（GPU）
负责处理图形数据，将电脑中的数字信息转 换为屏幕上显示的图像。
感谢您的观看
THANKS
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电源的性能指标
电源的稳定性决定了输出电压的波动 范围，稳定性越高，输出电压越稳定 。
电源在运行过程中产生的噪音也是评 价电源性能的重要指标之一，噪音越 小，品质越好。
功率
稳定性
效率
噪音
电源的功率决定了电脑的功耗上限， 选择合适的功率可以确保电脑的稳定 运行。
电源的效率决定了电能转换的效率， 高效的电源可以减少能源浪费和发热 量。
内存的读写操作。
内存的性能指标
内存容量
指内存条所能容纳的存 储单元数量，容量越大 ，可以存储的数据就越
多。
存取时间
指从内存中读取或写入 数据所需要的时间，存 取时间越短，内存的性
能越好。
数据带宽
指内存传输数据的速度 ，数据带宽越高，内存

嵌入式系统设计
系统集成
在嵌入式系统设计中，硬件描述语言可以用于集成各种硬 件和软件组件，如处理器、存储器、外设接口等。这有助 于提高系统的可靠性和性能。
可定制性
通过使用硬件描述语言，可以根据具体的应用需求对嵌入 式系统进行定制和优化。这有助于缩短产品上市时间和降 低成本。
低功耗设计
在嵌入式系统设计中，低功耗是一个重要的考虑因素。使 用硬件描述语言，可以帮助设计人员更好地优化系统的功 耗性能。
总结词
提高硬件工作效率的技术
VS
详细描述
流水线（Pipeline）设计技术是一种将一 个完整操作分解为多个独立、有序的阶段 ，并使这些阶段连续执行以提高效率的技 术。在硬件设计中，流水线技术可以将一 个复杂操作分解为多个简单操作，并行执 行，从而显著提高硬件的工作效率和性能 。
优化设计技巧
总结词
提高设计性能和降低成本的技巧
总结词
随着硬件设计复杂性的增加，高层次综合和抽象化设计成为硬件描述语言发展 的重要趋势。
详细描述
高层次综合允许设计师使用高级语言描述硬件行为，然后由综合工具自动转换 为低层次的门级网表。这种抽象化设计方法减少了设计细节的复杂性，提高了 设计效率。
可重用模块与IP核复用
总结词
可重用模块和IP核复用是硬件描述语言发展的另一个重要趋势。
Quartus II
Altera公司推出的FPGA设计软件，包括综合工具和实现工具，支 持VHDL和Verilog硬件描述语言。
Vivado
Xilinx公司推出的FPGA设计软件，包括综合工具和实现工具，支持 VHDL和Verilog硬件描述语言。
布局与布线工具
Mentor Graphics的IC Station