硬件描述语言VHDL大总结

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。

vhdl实验报告VHDL实验报告引言：VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）是一种硬件描述语言，广泛应用于数字电路设计和仿真。

本篇实验报告将介绍我在VHDL实验中的学习和实践经验，包括实验目的、实验过程、实验结果以及对VHDL的理解和展望。

一、实验目的VHDL实验的主要目的是让我们掌握VHDL语言的基本语法和使用方法，能够利用VHDL描述数字电路，并通过仿真和综合工具进行验证和实现。

通过这些实验，我们可以深入了解数字电路的原理和设计方法，提高我们的逻辑设计能力和工程实践能力。

二、实验过程在实验过程中，我们首先学习了VHDL的基本语法，包括实体声明、端口声明、信号声明等。

然后，我们通过实例学习了VHDL的建模方法，包括组合逻辑电路的建模和时序逻辑电路的建模。

在组合逻辑电路的建模中，我们学习了使用逻辑运算符和条件语句描述电路的功能；在时序逻辑电路的建模中，我们学习了使用过程语句和时钟信号描述电路的状态转换。

在学习了VHDL的基础知识后，我们开始进行实验设计。

我们选择了一个简单的数字电路，如4位加法器，来进行实验验证。

首先，我们通过VHDL语言描述了加法器的功能和结构，包括输入端口、输出端口和中间信号。

然后，我们使用仿真工具进行了功能仿真，验证了加法器的正确性。

接着，我们使用综合工具将VHDL代码综合成门级电路，并进行了时序仿真和时序优化，验证了加法器的时序正确性和性能。

三、实验结果通过实验，我们成功地实现了4位加法器的功能，并验证了其正确性和性能。

在功能仿真中，我们输入了不同的测试数据，观察了输出结果，发现加法器能够正确地进行加法运算，并得到了正确的结果。

在时序仿真中，我们观察了电路的时序行为，包括输入信号的变化、输出信号的响应和中间信号的传播延迟等，发现加法器能够在时序上满足要求，并且具有较好的性能。

硬件描述语言实验附录姓名：xxx学号：xxx指导教师：xxx目录硬件描述语言实验附录 (1)实验1.三输入与门电路实验 (2)实验2. 三—八译码器实验 (3)实验3. D触发器实验 (4)实验4. 分频器实验 (5)实验5. 状态机实验 (8)实验1.三输入与门电路实验--三输入与门电路threeinput--姓名：王定--学号：1306034248--中北大学LIBRARY IEEE; --调用库USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;--库文件--------------------------------------------------------------ENTITY threeinput IS --定义实体名，其名称必须与VHDL文本文件名称相同PORT( A: IN STD_LOGIC; --输入端口，时钟输入B: IN STD_LOGIC; --输入端口，个位写入使能C: IN STD_LOGIC; --输入端口，十位写入使能CO: OUT STD_LOGIC); --输出端口，溢出标志END ENTITY threeinput; --结束端口定义--------------------------------------------------------------ARCHITECTURE RTL OF threeinput IS--定义结构体BEGINPROCESS(A,B,C) IS --开始，必须带上BEGINCO<=A AND B AND C ;END PROCESS;END ARCHITECTURE RTL; --结束结构体表1. 三输入与门电路VHDL实验代码图1. 三输入与门电路仿真波形图，A,B,C输入，CO输出实验2. 三—八译码器实验--王定--2015年11月25日--3线-8线译码器LIBRARYIEEE; --调用库USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; --库文件-------------------------------------------------------------ENTITYthreetoeightISPORT(DA TAIN:INSTD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0);--数据输入DA TAOUT:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0));--数据输出ENDENTITYthreetoeight; --结束实体-------------------------------------------------------------ARCHITECTUREBEHA VEOFthreetoeightIS--结构体BEGIN --不能漏掉PROCESS(DATAIN) --数据输入BEGIN --开始，不能漏掉CASEDATAINIS --情况判定WHEN"000"=>DA TAOUT<="00000001";WHEN"001"=>DA TAOUT<="00000010";WHEN"010"=>DA TAOUT<="00000100";WHEN"011"=>DATAOUT<="00001000";WHEN"100"=>DA TAOUT<="00010000";WHEN"101"=>DA TAOUT<="00100000";WHEN"110"=>DATAOUT<="01000000";WHEN"111"=>DA TAOUT<="10000000";WHENOTHERS=>null;ENDCASE;ENDPROCESS;ENDBEHA VE;LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY decoder_3_to_8 ISPORT (a,b,c,g1,g2a,g2b:IN STD_LOGIC;y:OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0));END decoder_3_to_8;ARCHITECTURE rtl OF decoder_3_to_8 ISSIGNAL indata:STD_LOGIC_VECTOR (2 DOWNTO 0);BEGINindata <= c & b & a;PROCESS (indata,g1,g2a,g2b)BEGINIF (g1 = '1' AND g2a = '0' AND g2b = '0' ) THENCASE indata ISWHEN "000" => y <= "11111110";WHEN "001" => y <= "11111101";WHEN "010" => y <= "11111011";WHEN "011" => y <= "11110111";WHEN "100" => y <= "11101111";WHEN "101" => y <= "11011111";WHEN "110" => y <= "10111111";WHEN "111" => y <= "01111111";WHEN OTHERS=>y<= "XXXXXXXX";END CASE;ELSEY <= "11111111";END IF;END PROCESS;END rtl;表2. 三—八译码器VHDL实验代码图2. 三—八译码器仿真波形图--异步复位/置位的D触发器LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY dff3 ISPORT(clk,d,clr,pset:IN STD_LOGIC;q : OUT STD_LOGIC);END dff3;ARCHITECTURE rtl OF dff3 ISBEGINPROCESS (clk,pset,clr)BEGINIF (pset='0') THENq<='1';ELSIF (clr='0') THENq<='0';ELSIF (clk'EVENT AND clk='1') THENq<=d;END IF;END PROCESS ;END rtl; --同步复位的D触发器LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY dff4 ISPORT(clk,d,clr:IN STD_LOGIC;q : OUT STD_LOGIC );END dff4;ARCHITECTURE rtl OF dff4 ISBEGINPROCESS (clk)BEGINIF (clk'EVENT AND clk='1') THENIF (clr='0') THENq<='0';ELSEq<=d;END IF;END IF;END PROCESS ;END rtl;表3. 异步和同步D触发器VHDL实验代码图3. 异步触发器仿真波形图图4. 同步触发器仿真波形图--四分频器LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;----------------------------------------------ENTITY clk_div ISPORT(clk: IN STD_LOGIC;--时钟输入clk_div2: OUT STD_LOGIC;clk_div4: OUT STD_LOGIC;clk_div8: OUT STD_LOGIC;clk_div16: OUT STD_LOGIC);END ENTITY clk_div;---------------------------------------------------ARCHITECTURE rtl OF clk_div ISSIGNAL count:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);--定义一个四位的信号BEGINPROCESS(clk)BEGINIF(clk' event AND clk ='1') THEN--上升沿到来IF (count="1111") THEN--达到最大计数值count<="0000"; --置零ELSEcount<=count+1; --计数END IF;END IF;END PROCESS;clk_div2<=count(0); --2分频clk_div4<=count(1); --4分频clk_div8<=count(2); --8分频clk_div16<=count(3); --16分频END rtl;表4. 四分频器VHDL实验代码图5. 四分频器仿真波形图TMP1<= '0'; --置0,带入语句滞后ELSETMP1<= '1'; --置1END IF;END IF;END IF;END PROCESS;---------------------------------------------PROCESS(CLKIN,RST)BEGINIF RST ='1'THEN --复位有效COUNT2 <= "00000000"; --立即清零TMP2<= '1';ELSIF CLKIN'EVENT AND CLKIN='0' THEN --下降沿到来IF COUNT2 = "00000100" THEN --100==4（5个数据）COUNT2 <= "00000000";ELSECOUNT2 <= COUNT2 + 1;IF COUNT2 < "00000010" THEN --10==2（三个下降沿），小于三个上升沿时，始终置0，三个下降沿对应6分频TMP2<= '1';ELSETMP2<= '0';END IF;END IF;END IF;END PROCESS;END RTL;--信号是等待整个进程结束完后，再赋值图6. 五分频器仿真波形图实验5. 状态机实验ST <= S3; END IF; OP <= '1'; WHEN S3=> IF X = '0' THEN ST <= S3; ELSE ST <= S0; END IF; OP <= '0'; END CASE; END IF; END PROCESS STATE_COMP;END ARCHITECTURE A;END IF; END CASE; END IF;END PROCESS state_comp; END a;表6. moore 与mealy 状态机VHDL 实验代码图7. moore 型状态机VHDL 实验代码图8. mealy 型状态机仿真波形图。

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。

VHDL是一种硬件描述语言，用于对电子电路和系统的行为进行描述。

VHDL是VHSIC Hardware Description Language的缩写。

所有的VHDL代码都可以仿真，但不是所有的VHDL代码都可以综合。

V ery high speed integrated circuitVHDL和V erilog HDL都与工艺和工具无关，可以方便的进行移植和重用。

可编程逻辑器件包括：复杂可编程逻辑器件（CPLD：Complex Programmable Logic Devices），现场可编程门阵列（FPGA：Field Programmable Gate Arrays）。

VHDL语言从根本上讲是并发执行的。

因此常称之为代码，而不是程序。

VHDL中，只有在进程（PROCESS）、函数（FUNCTION）、和过程（PROCEDURE）内部的语句才是顺序执行的。

第二章VHDL代码结构VHDL代码的三个基本组成部分：库（LIBRARY）声明、实体(ENTITY)、构造体（ARCHITECTURE）库声明：列出当前设计中需要的所有库文件实体：定义电路的I/O引脚；构造体：包含的代码描述电路要实现的功能。

库的建立有利于设计重用和代码共享同时使代码结构更加清晰常用库：IEEE库，Std库，work库std_logic_1164:当用到std_logic及其衍生类型时，需要声明；std_logic_arith:定义了signed和unsigned类型和相关算数运算和比较运算。

std_logic_signed:使std_logic_vector 类型的数据同signed一样执行。

std_logic_unsigned:std ，work库在程序中都是默认可见的，直接使用就可，不需要再对其进行声明；只有ieee库在使用前需要声明。

实体（ENTITY）用来描述电路所有的输入/输出引脚，端口的信号模式4种：IN,OUT,INOUT,BUFFER。

VHDL与硬件描述语言VHDL（VHSIC Hardware Description Language）是一种硬件描述语言，被广泛应用于数字电路和系统的设计、仿真和验证中。

本文将介绍VHDL的基本概念、语法和应用，以及其在硬件设计中的重要性和优势。

一、VHDL的基本概念与语法VHDL是由美国国防部下属的VHSIC（Very High Speed Integrated Circuits）计划发起的硬件描述语言标准化工作中发展起来的，它源于Ada语言，并在此基础上进行了修改和扩展。

VHDL采用了面向对象的设计思想，通过描述硬件的结构和行为，实现了对数字系统的高层次抽象。

VHDL的基本元素包括实体（entity）、结构（architecture）和配置（configuration）。

实体定义了模块的接口和信号，结构描述了模块内部的组织和连接关系，配置用于将不同实体和结构进行绑定。

此外，VHDL还提供了丰富的数据类型、控制结构和函数库，以支持复杂的逻辑运算和算术操作。

VHDL代码的编写需要遵循一定的语法规则，如正确使用关键字、语句结束符号等。

此外，注释和缩进等规范的使用可以提高代码的可读性和可维护性。

二、VHDL的应用1. 数字电路设计VHDL在数字电路设计中被广泛应用，通过使用VHDL语言，设计人员可以描述和验证各种数字逻辑电路，包括组合逻辑电路和时序逻辑电路。

借助VHDL仿真工具，可以进行功能仿真、时序仿真和行为仿真，验证设计的正确性和性能。

2. 系统级设计除了用于电路级设计，VHDL还可以用于系统级设计。

通过对模块的整合和功能描述，可以搭建更为复杂的系统，并在此基础上进行仿真和验证。

VHDL支持高级抽象和层次化设计，使得系统级设计更加灵活和可重用。

3. ASIC和FPGA设计VHDL在应用特定的集成电路（ASIC）和现场可编程门阵列（FPGA）的设计中，具有非常重要的地位。

ASIC是在集成电路制造厂中进行定制化设计和生产的芯片，而FPGA则是可以在现场进行编程和配置的可重构芯片。

vhdl心得体会VHDL是一种硬件描述语言，用于描述数字逻辑电路。

我在学习VHDL过程中，有一些心得体会。

首先，学习VHDL需要有坚实的数字逻辑基础。

VHDL是用于描述数字电路的语言，因此理解数字逻辑的原理和基本概念是非常重要的。

比如理解逻辑门、触发器、多路选择器等基本的数字逻辑元件的工作原理，才能够更好地用VHDL描述这些元件。

其次，学习VHDL需要注重练习和实践。

只是理论的学习是远远不够的，需要通过实践来巩固和应用所学的知识。

可以通过编写小的数字逻辑电路的VHDL代码来实践，比如实现一个简单的加法器、乘法器或者计数器。

通过不断地实践，可以更加熟悉VHDL的语法和规范，并且加深对数字逻辑的理解。

另外，在学习VHDL过程中，需要注重代码的规范和可读性。

VHDL是一种结构化的语言，代码的结构和组织对于后期的维护和调试非常重要。

可以通过使用合适的命名规范、缩进和注释来增加代码的可读性，避免出现混乱和不易理解的情况。

此外，掌握好VHDL的多种建模方法也是很重要的。

VHDL可以使用结构化建模、数据流建模或者行为建模等不同的方法来描述电路。

对不同的电路和设计要求，选择合适的建模方法是关键。

因此，需要深入理解这些建模方法的特点和使用场景，以便更好地应用在实际的设计中。

最后，理解VHDL中的一些高级特性和工具也是很有意义的。

VHDL提供了很多高级特性，比如泛型、过程、状态机等，可以帮助我们更好地描述和优化数字逻辑电路。

同时，VHDL还有一些支持工具，比如仿真工具、综合工具和布局工具等，可以帮助我们验证和优化设计。

掌握这些高级特性和工具，可以提高设计的效率和准确性。

综上所述，学习VHDL需要有坚实的数字逻辑基础，注重实践和练习，注重代码规范和可读性，掌握多种建模方法，了解VHDL中的高级特性和工具。

通过不断地学习和实践，我们可以更好地理解和应用VHDL，更好地完成数字逻辑电路的设计。

VHDL语言特点:1、VHDL具有强大的语言结构，系统硬件描述能力强、设计效率高；具有较高的抽象描述能力。

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。

VHDL将一个设计（元件、电路、系统）分为：外部（可视部分、端口）内部（不可视部分、内部功能、算法）VHDL程序基本结构的学习在“--”之后的是VHDL的注释语句。

基本结构包括：一、实体（Entity）二、结构体（Architecture）三、配置（Configuration）四、库（Library）、程序包（Package）一、实体（说明）：定义系统的输入输出端口。

1.类属说明：确定实体或组件中定义的局部常数。

进程或其它并行结构结构体（Architecture）实体（Entity）库、程序包配置（Configuration）ENTITY <entity_name> ISGeneric DeclarationsPort DeclarationsEND <entity_name>; (1076-1987 version)END ENTITY <entity_name> ; ( 1076-1993version)类属说明必须放在端口说明之前。

类属常用于定义：实体端口的大小、设计实体的物理特性、总线宽度、元件例化的数量等。

2.端口声明：确定输入、输出端口的数目和类型。

端口模式：in : 输入型，此端口为只读型。

out : 输出型，只能在实体内部对其赋值。

inout : 输入输出型，既可读也可赋值。

第1部分EDA技术概述一、EDA技术的含义：EDA是Electronic Design Automation (电子设计自动化)的缩写。

以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，自动完成用软件方式描述的电子系统到硬件的逻辑编译、逻辑简化、逻辑分割、逻辑综合及优化、布局布线、逻辑仿真、直至完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门多学科融合的新技术。

二、EDA技术的实现目标及实现途径：1、实现目标完成专用集成电路ASIC或印制电路板PCB的设计和实现。

2、实现途径⑴. 超大规模可编程逻辑器件⑵. 半定制或全定制ASIC ⑶. 混合ASIC三、EDA技术的设计方法：(P8)传统的电路设计方法：自底向上的设计方法。

即首先确定可用的元器件，然后根据这些器件进行逻辑设计，完成各模块后进行连接，最后形成系统。

基于EDA技术的电路设计方法：自顶向下的设计方法。

自顶向下是指将数字系统的整体逐步分解为各个子系统和模块，若子系统的规模较大，则还需将子系统进一步分解为小的子系统和模块，层层分解，直至整个系统中各个子系统的关系合理，并便于工作于逻辑电路的设计和实现为止。

传统电路设计方法与采用EDA技术的电路设计方法的区别：1、设计方法不同：传统是自下而上的方法（Down-Top)，EDA是自上而下的设计方法（Top-Down)。

2、传统设计基于电路板；EDA技术是基于芯片的设计方法。

3、描述方式不同：传统采用电路图为主，EDA以硬件描述语言为主。

4、设计手段不同：传统以手工设计为主，EDA设计为自动设计。

结论：EDA技术极大地降低硬件电路的设计难度，提高设计效率，是电子系统设计方法的质的飞跃！四、EDA技术的设计流程(P12)1、设计输入(原理图／HDL文本编辑)2、综合(自然语言综合/逻辑综合/行为综合/ 版图综合或结构综合)3、适配4、时序仿真和功能仿真（P14）5、编程下载6、硬件测试第2部分VHDL程序结构VHDL程序由实体(Entity)、结构体(Architecture)、库(Library)、程序包(Package)和配置(Configuration)5个部分组成。