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硬件描述语言

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硬件描述语言AHDL

硬件描述语言AHDL

a0: in std_logic;
z0: out std_loigc);
end entity and2;
注：数据类型 time 用于仿真模块的设计。 综合器仅支持数据类型为整数的类属值。
6
用VHDL描述的可置数16位计数器：
7
2、VHDL语言可读性强，易于修改和发现错误。 3、VHDL具有丰富的仿真语句和库函数，可对 VHDL源代码进行早期功能仿真，有利于大 系统的设计与验证。 4、VHDL设计与硬件电路关系不大。 5、VHDL设计不依赖于器件，与工艺无关 。 6、移植性好。 7、VHDL体系符合TOP-DOWN和CE（并行工程）设计 思想。 8、VHDL设计效率高，产品上市时间快，成本低。 9、易于ASIC实现。
17
1、类属说明 类属说明：
确定实体或组件中定义的局部常数。模 块化设计时多用于不同层次模块之间信息的 传递。可从外部改变内部电路结构和规模。 类属说明必须放在端口说明之前。
Generic (
常数名称：类型 [：= 缺省值] {常数名称：类型 [：= 缺省值]} )；
18
类属常用于定义： 实体端口的大小、
16
一、实体（说明）
实体（说明）：
定义系统的输入输出端口
语法：
ENTITY <entity_name> IS Generic Declarations Port Declarations END <entity_name>; (1076-1987 version) END ENTITY <entity_name> ; ( 1076-1993 version)
VHDL是电子系统设计者和 EDA工具之 间的界面。 EDA工具及 HDL的流行，使电子系统向集 成化、大规模和高速度等方向发展。

VHDL语言介绍

VHDL语言介绍

VHDL语言介绍VHDL（VHSIC Hardware Description Language）是一种硬件描述语言，用于描述数字电路的结构和行为。

它是一种高级编程语言，用于描述数字系统中的硬件功能。

VHDL是一种被广泛应用于数字系统设计的硬件描述语言，它可以用于描述数字系统的结构和功能，并且允许进行仿真、综合和验证。

VHDL最初是由美国国防部（DoD）为了应对不同供应商生产的不同硬件之间互通性的问题而开发的。

它提供了一种用于描述数字电路的方法，可以在不同供应商的工具之间进行交换。

VHDL已成为一种行业标准，在数字系统设计领域被广泛应用。

VHDL的语法类似于Ada编程语言，它使用关键字、运算符和数据类型来描述数字系统中的硬件元素。

VHDL中的关键概念包括实体（entity）、架构（architecture）和过程（process）。

实体描述了数字系统的接口和功能，架构描述了数字系统的内部结构和行为，而过程描述了数字系统中的操作和控制。

VHDL主要有两种用途，一是用于模拟和验证数字系统的功能，二是用于综合数字系统的设计，生成实际的硬件电路。

在模拟和验证阶段，设计师可以使用VHDL描述数字系统的功能，并通过仿真工具对其进行验证。

在综合阶段，设计师可以使用VHDL描述数字系统的结构，并通过综合工具生成对应的硬件电路。

VHDL的优点在于其强大的表达能力和灵活性。

设计师可以使用VHDL描述各种复杂的数字系统，包括处理器、通信接口、存储器等。

VHDL还提供了丰富的数据类型和运算符，使设计师可以轻松地描述数字系统中的各种操作。

除了描述数字系统的结构和行为，VHDL还提供了丰富的标准库和模块化编程的方法。

设计师可以使用标准库中提供的各种功能模块来加速开发过程，并且可以将自己设计的模块封装成库以便重复使用。

VHDL还支持面向对象的设计方法，设计师可以使用面向对象的技术来组织和管理复杂的数字系统。

通过使用面向对象的方法，设计师可以将数字系统分解成多个模块，每个模块都有自己的接口和功能，并且可以通过继承和复用来简化设计过程。

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。

硬件描述语言

硬件描述语言

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architecture
inhabit_arch of inhibit is 一结构体定义 begin z<='1' when x='1' and y='0' else '0'; end;
下面请看演示

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5.1 VHDL概述

(2)VHDL的并发性 计算机软件程序一般按书写的顺序依次执行， 而VHDL却具有并发性。VHDL的并发性体现在 两个方面，首先在使用VHDL进行数字电路设计 时存在并发性，即VHDL支持设计分解，可使被 分解的各个子部分的设计并行完成。一个模型 的设计主要由3部分组成：元件库部分—USE说 明区：实体部分—确立模型与环境的接口；结 构体部分—描述元件的行为或功能，为模型生 成测试向量，并捕获模型输出信号状态以供分 上一页 下一页 返回 析。
5.2 VHDL的程序结构
【例5-2】一个与门电路的VHDL程序 library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; 一 打开需要用到的库 entity inhibit is 一实体(端口)说明 port( x,y:in std_logic; z:out std_logic); end inhibit;
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5.1 VHDL概述
VHDL是为数字电路的建模和模拟
(simulation)而制定的，是一种面向模拟、 针对硬件的语言。它的语法中有许多方面 均考虑到模拟与硬件的因素，包括VHDL的 硬件相关结构、并发特征和混合级描述以 及混合级模拟。
5.1 VHDL概述
（1）VHDL中的硬件相关结构 VHDL具有许多与数字电路结构直接相关的 概念，其中最主要的是元件(component)， 它是数字硬件结构—"黑盒"或"模块"的抽 象。VHDL中的元件由实体和结构体两部分 共同描述完成。

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。

硬件描述语言 ecc

硬件描述语言 ecc

硬件描述语言 eccECC（Error Correction Code）是一种硬件描述语言，用于实现数字系统中的错误检测和纠正功能。

它通过在数据中添加冗余信息，可以检测和纠正数据传输过程中的错误。

在本文中，我们将介绍ECC的原理、应用和优势。

ECC的原理是基于纠错码的概念。

纠错码是一种用于检测和纠正数据传输中错误的编码方式。

ECC通过在数据中添加冗余位，使得接收端能够根据这些冗余位来检测和纠正错误。

常见的ECC编码方式包括海明码、RS码和BCH码等。

在实际应用中，ECC广泛应用于存储系统和通信系统中。

在存储系统中，ECC可以检测和纠正存储器中的位错误。

例如，在计算机内存中，由于电磁干扰或硬件故障等原因，会导致存储器中的位错误。

通过使用ECC，可以检测这些错误并进行纠正，保证数据的可靠性和完整性。

在通信系统中，ECC可以用于检测和纠正信道中的错误。

信道中的错误通常由于噪声、干扰或传输错误等原因引起。

通过在数据中添加ECC冗余位，可以检测和纠正这些错误，提高信道的可靠性和传输效率。

ECC相比于其他纠错码技术具有一些优势。

首先，ECC可以在硬件级别上实现，因此可以提供更快的纠错速度和更低的计算复杂度。

其次，ECC可以在检测和纠正错误的同时提供更高的数据传输速率。

此外，ECC还可以在设计上进行优化，以适应不同的应用场景和资源限制。

然而，ECC也存在一些局限性。

首先，ECC对硬件资源的消耗较大，尤其是在需要高纠错能力的情况下。

其次，ECC的纠错能力有限，无法纠正大量的错误。

最后，ECC的实现需要一定的技术和设计经验，对于一些初学者来说可能会比较困难。

总的来说，ECC是一种重要的硬件描述语言，用于实现数字系统中的错误检测和纠正功能。

它在存储系统和通信系统中得到广泛应用，并具有较高的可靠性和效率。

然而，ECC也存在一些局限性，需要在实际应用中进行合理的设计和优化。

未来，随着硬件技术的不断发展，ECC在数字系统中的应用将会得到进一步的拓展和完善。

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Verilog HDL

硬件描述语言Verilog HDL
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6.2 Verilog HDL 入门 6.2.1 Verilog HDL 的基本结构 6.2.2 简单 Verilog HDL 实例
9
6.2.1 Verilog HDL的基本结构
Verilog 使用大约100个预定义的关键词定义该语言的结构 1. VerilogHDL 程序由模块构成。每个模块的内容都是嵌在关键词module和 endmodule两个语句之间。每个模块实现特定的功能。 2. 每个模块先要进行端口的定义，并说明输入（input) 、输出（output)和 双向（inout)，然后对模块功能进行描述。 3. 除了endmodule语句外，每个语句后必须有分号。 4. 可以用/* --- */和//…..，对VerilogHDL程序的任何部分做注释。
例 2选1数据选择器的程序实例
a
0 out
b
1
sel
13
module mux2_1(out, a, b, sel) ;
output out;
数
input a, b; input sel;
assign out= sel ? b : a;
据 流 描 述
endmodule
module mux2_1(out, a, b, sel) ;
VHDL 和Verilog 的功能较强，属于行为(功能)描述语言。两种HDL均为IEEE标准。 特别是Verilog HDL的语法来源于C语言，它较 VHDL 好用好学。
7
6.1 概 述 6.2 Verilog HDL入门 6.3 Verilog HDL基本语法规则 6.4 Verilog HDL结构级建模 6.5 Verilog HDL数据流建模 6.6 Verilog HDL行为级建模 6.7 数字钟电路设计

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

vhdl硬件描述语言

vhdl硬件描述语言

vhdl硬件描述语言VHDL 是一种硬件描述语言，用于描述数字电路和系统。

它是一种结构化的、过程化的编程语言，其语法和结构类似于 C 和 C++ 等编程语言。

VHDL 的设计流程包括以下几个方面:1. 确定设计需求和目标：在开始设计之前，需要明确设计的需求和目标，例如设计一个数字电路、一个控制系统或者一个通信系统。

2. 理解设计需求：在明确设计需求之后，需要对设计需求进行深入的理解，例如设计的功能、性能、可靠性、功耗等方面的需求。

3. 描述设计：使用 VHDL 语言对设计进行描述，包括电路的逻辑结构、时序、信号描述等方面。

4. 仿真和验证：使用仿真工具对设计进行模拟和验证，以确保设计的正确性和可靠性。

5. 综合：将 VHDL 代码转换为 IP 核或者硬件描述器，以便实现最终的硬件实现。

6. 调试：对设计进行调试，以便解决设计中的问题，进一步提高设计的可靠性和性能。

VHDL 的主要特点包括:1. 结构化的语法:VHDL 采用了结构化的语法结构，可以使用类、模块、接口等概念对设计进行组织和管理。

2. 描述方式的多样性:VHDL 可以使用 Verilog 和 VHDL 的语法来描述设计，同时也可以使用结构化、过程化、面向对象等描述方式。

3. 支持数字电路和系统的设计:VHDL 是一种面向数字电路和系统的设计语言，可以用于设计数字电路、控制系统、通信系统等。

4. 高度可读可维护性:VHDL 的语法结构简洁明了，易于理解和维护，同时也易于编写和调试。

VHDL 作为一种硬件描述语言，其主要目的是用于描述数字电路和系统的设计，并且可以实现硬件的实现和验证。

在数字电路和系统的设计过程中，VHDL 可以作为一种重要的工具和技术被广泛应用。

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

《硬件描述语言简介》PPT课件

《硬件描述语言简介》PPT课件
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
2
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。
2021/6/20
3
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
2021/6/20
endmodule
28
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
2021/6/20
11
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：

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。

什么是硬件描述语言

什么是硬件描述语言

什么是硬件描述语言什么是硬件描述语言，你知道吗?今天就让店铺来教下大家吧，快来看看吧，希望能让大家有所收获!什么是硬件描述语言硬件描述语言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。

硬件描述语言的概述随着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。

VHDL发展的较早，语法严格，而Verilog HDL是在C语言的基础上发展起来的一种硬件描述语言，语法较自由。

VHDL和Verilog HDL两者相比，VHDL的书写规则比Verilog烦琐一些，但verilog自由的语法也容易让少数初学者出错。

国外电子专业很多会在本科阶段教授VHDL,在研究生阶段教授verilog。

从国内来看，VHDL的参考书很多，便于查找资料，而Verilog HDL的参考书相对较少，这给学习Verilog HDL带来一些困难。

从EDA技术的发展上看，已出现用于CPLD/FPGA设计的硬件C语言编译软件，虽然还不成熟，应用极少，但它有可能会成为继VHDL和Verilog之后，设计大规模CPLD/FPGA的又一种手段。

硬件描述语言的结构硬件描述语言的优点(1)与其他的硬件描述语言相比，VHDL具有更强的行为描述能力，从而决定了他成为系统设计领域最佳的硬件描述语言。

强大的行为描述能力是避开具体的器件结构，从逻辑行为上描述和设计大规模电子系统的重要保证。

(2)VHDL丰富的仿真语句和库函数，使得在任何大系统的设计早期就能查验设计系统的功能可行性，随时可对设计进行仿真模拟。

《硬件描述语言》课件

《硬件描述语言》课件

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
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Output 1
底层元件 底层元件
Input n
2014-4-22 4
第3章 硬件描述语言
路 漫 漫 其 修 远 兮 吾 将 上 下 而 求 索
③ Structural Level （结构级描述）：描述该设计单元的 硬件结构、把已有的设计单元方便地用到新的设计中， 使用元件例化语句及配置语句来描述元件的类型及元件 的互联关系。结构描述方式的基本框架为用COMPONENT语 句指明电路中所用的已生成的模块，用PORTMAP（）语句 将模块连接起来。 元件描述—用于声明端口类型和数据类型 COMPONENT <低层设计名称> IS PORT ( <端口名称> : <端口类型> <数据类型>; ….. <端口名称> : <端口类型> <数据类型>; END COMPONENT; 元件配置—用于映射端口 <实例名称> : <低层设计名称>PORT MAP( <低层端口名称> => <本层端口名称>； … ； <低层端口名称> => <本层端口名称>;）
2014-4-22 1
第3章 硬件描述语言
3.VHDL语言的特点
路 漫 漫 其 修 远 兮 吾 将 上 下 而 求 索
（ 1 ） VHDL 具有更强的行为描述能力，从而决定了他成为系 统设计领域最佳的硬件描述语言。强大的行为描述能力是 避开具体的器件结构，从逻辑行为上描述和设计大规模电 子系统的重要保证。 （2 ）VHDL 丰富的仿真语句和库函数，使得在任何大系统的 设计早期就能查验设计系统的功能可行性，随时可对设计 进行仿真模拟。 （ 3 ） VHDL 语句的行为描述能力和程序结构决定了他具有支 持大规模设计的分解和已有设计的再利用功能。符合市场 需求的大规模系统高效，高速的完成必须有多人甚至多个 代发组共同并行工作才能实现。 （4）对于用VHDL完成的一个确定的设计，可以利用EDA工具 进行逻辑综合和优化，并自动的把VHDL描述设计转变成门 级网表。 （ 5 ） VHDL 对设计的描述具有相对独立性，设计者可以不懂 硬件的结构，也不必管理最终设计实现的目标器件是什么， 而进行独立的设计。
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第3章 硬件描述语言
4.VHDL语言描述方式
① Behavioral （行为级描述）：就是对整个系统的数学 模型进行描述。只表示输入/出之间的转换行为，不包 含任何结构信息，无需关注设计功能的门级实现。其 抽象程度比 RTL 描述方式和结构描述方式更高。 在程 序中大量采用算术运算、 关系运算、 惯性延时、 传 输延时等难以进行逻辑综合和不能进行逻辑综合的 VHDL语句。
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第3章 硬件描述语言
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2：实体说明 ENTITY 实体名字 IS PORT (端口名，…）； END 实体名； 说明： 1：实体名可用英文字母、数字、下划线表示 ，名 字开头只能为英文字母，结尾不能用下划线。 2：PORT(端口名：方向 数据类型）； 端口名与实体名命名规则相同。 方向： IN 表示输入 OUT 表示输出（构造体内部不能再使用） INOUT 表示输入输出 BUFFER 表示输出端带有反馈类型。（构造体内 部可再使用）
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第3章 硬件描述语言
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相同点：值可变，可综合为逻辑或线 不同点：变量赋值有立即性，且只用于process，
subprogram中（VHDL-1076-87），而信号除此之外，还可
用于并行语句中 • 应用： 简单计算 复杂计算 中间结果
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③ Superlog 集合了Verilog的简洁、C语言的强大、功能验证和系统 级结构设计等特征，是一种高速的硬件描述语言。由 Phil Moorby 与 Peter Flake 和 一 家 叫 做 Co － Design Automat － ion 的 EDA 公司合作，在 Verilog 语言的基础 上，结合高级语言 C 、 C ＋＋甚至 Java 等语言的特点， 进行扩展，于 1999 年发布了 Superlogtm 系统设计语言， 同时开发了两个工具 :SystemSimtm( 用于系统开发 ) 和 SystemExtm(用于高级验证)。 ④ SystemC 由 Synopsys 和 Coware 合作为满足 SOC 要求开发的（在系 统芯片各个设计中，像系统定义、软硬件的划分、设 计实现等）一种能同时实现较高层次的软件和硬件描 述的系统级设计语言。著名公司Cadence也于2001年加 入了SystemC联盟。
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第3章 硬件描述语言
② RTL （ Register transfer Level ）：即寄存器传输级 描述，也称为数据流描述。既显示地表示了设计单元 的行为，又隐含该设计单元的结构。
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描述电路的功能和结构 调用特殊的硬件 用于综合
Input 1
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第3章 硬件描述语言
常数、变量、信号所描述的对象
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VHDL 语言中，可以赋予一个值的对象就称为客体或对象。 信号(SIGNAL)： 对应物理意义上是实际电路连接线。 变量(VARIABLE)： 相当于暂存寄存器，变量值不是最终结果。 常数（CONSTANT）： 如电源、地等，用来描述固定的值。 ★信号量和变量的区别： ① 信号量是全局量（只能在进程、函数中使用和定义） 变量是局部量（只能在构造体、子程序中定义，而不 能在进程、过程、函数中定义） ② 信号赋值用“<=”,而变量用“：＝”。 ③ 信号和变量可以相互代入。 如：a 是变量，b是信号，则a:=b;b<=a; ④ 变量是立即赋值的，而信号量是在进程结束时赋值的。
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Input1…N
IF input1 THEN FOR j IN high DOWNTO low LOOP shift(j) := shift(j); END LOOP; output1 <= shift AFTER 5ns 2014-4-22
Output1…N
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signal variable variable
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第3章 硬件描述语言
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signal a, b, c, x, y : signal a, b, x, y : integer integer process(a, b, c) process(a, b, c) begin variable c : c <= a; integer; x <= c + 2; begin c <= b; c := a; y <= c + 4; end process; x <= c + 2;
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3.2 VHDL语言基本结构
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一.VHDL 语言的基本结构： 库说明＋包集合＋实体＋构造体＋（配置） 库(library)：用来存放已经编译的实体、构造体、包集 合和配置，库一般可由用户产生或者由ASIC芯片制造商提 供。 包集合(package)：存放各设计模块都能共享的数据类 型、常数和子程序。 实体（Entity）：系统的外部接口关系。 构造体（Architecture）：描述系统内部的结构和行为。 配置（configuration）：用于从库中选取所需的单元， 来组成系统设计的不同版本。
2
a b
+ +
x
y
4
2 b
c := b;
y <= c + 4; end4-22
+
x
+
y
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