数字密码锁ISP器件VHDL编程EDA技术 第11页

语言设计其硬件时，与传统的电路设计方法相比较，具有如下的特点：

采用自上而下的设计方法。即从系统总体要求出发，自上而下地逐步将设计的内容细化，最后完成系统硬件的整体设计。在设计的过程中，对系统自上而下分成三个层次进行设计：

第一层次是行为描述。所谓行为描述，实质上就是对整个系统的数学模型的描述。一般来说，对系统进行行为描述的目的是试图在系统设计的初始阶段，通过对系统行为描述的仿真来发现设计中存在的问题。在行为描述阶段，并不真正考虑其实际的操作和算法用何种方法来实现，而是考虑系统的结构及其工作的过程是否能到达系统设计的要求。

第二层次是RTL方式描述。这一层次称为寄存器传输描述（又称数据流描述）。如前所述，用行为方式描述的系统结构的程序，其抽象程度高，是很难直接映射到具体逻辑元件结构的。要想得到硬件的具体实现，必须将行为方式描述的VHDL语言程序改写为RTL方式描述的VHDL语言程序。也就是说，系统采用RTL方式描述，才能导出系统的逻辑表达式，才能进行逻辑综合。

第三层次是逻辑综合。即利用逻辑综合工具，将RTL方式描述的程序转换成用基本逻辑元件表示的文件（门级网络表）。此时，如果需要，可将逻辑综合的结果以逻辑原理图的方式输出。此后可对综合的结果在门电路级上进行仿真，并检查其时序关系。应用逻辑综合工具产生的门级网络表，将其转换成PLD的编程码点，即可利用PLD实现硬件电路的设计。

由自上而下的设计过程可知，从总体行为设计开始到最终的逻辑综合，每一步都要进行仿真检查，这样有利于尽早发现设计中存在的问题，从而可以大大缩短系统的设计周期。

一．            系统可大量采用PLD芯片。

由于目前众多制造PLD芯片的厂家，其工具软件均支持VHDL语言的编程。所以利用VHDL语言设计数字系统时，可以根据硬件电路的设计需要，自行利

用PLD设计自用的ASIC芯片，而无须受通用元器件的限制。

一．            系统可大量采用PLD芯片。

由于目前众多制造PLD芯片的厂家，其工具软件均支持VHDL语言的编程。所以利用VHDL语言设计数字系统时，可以根据硬件电路的设计需要，自行利用PLD设计自用的ASIC芯片，而无须受通用元器件的限制。

三．采用系统早期仿真。

从自上而下的设计过程中可以看到，在系统设计过程中要进行三级仿真，即行为层次仿真、RTL层次仿真和门级层次仿真。这三级仿真贯穿系统设计的全过程，从而可以在系统设计的早期发现设计中存在的问题，大大缩短系统设计的周期，节约大量的人力和物力。

四．降低了硬件电路设计难度。

在传统的设计方法中，往往要求设计者在设计电路之前写出该电路的逻辑表达式或真值表（或时序电路的状态表）。这一工作是相当困难和繁杂的，特别是当系统比较复杂时更是如此。而利用VHDL语言设计硬件电路时，就可以使设计者免除编写逻辑表达式或真值表之苦，从而大大降低了设计的难度，也缩短了设计的周期。

五．主要设计文件是用VHDL语言编写的源程序。

与传统的电路原理图相比，使用VHDL源程序有许多好处：其一是资料量小，便于保存。其二是可继承性好。当设计其他硬件电路时，可使用文件中的某些库、进程和过程等描述某些局部硬件电路的程序。其三是阅读方便。阅读程序比阅读电路原理图要更容易一些，阅读者很容易在程序中看出某一电路的工做原理和逻辑关系。而要从电路原理图中推知其工作原理则需要较多的硬件知识和经验。

3.3              VHDL语言的数据类型和运算操作符

VHDL语言的对象：VHDL语言中可以赋值的对象有3种：信号（Signal）、变量（Variable）、常数（Constant）。在数字电路设计中，这3种对象通常都具有一定的物理意义。例如，信号对应地代表电路设计中的某一

条硬件连线；常数对应地代表数字电路中的电源和地等。当然，变量对应关系不太直接，通常只代表暂存某些值的载体。3类对象的含义和说明场合如表2-1所示。

表3-3-1  VHDL语言3种对象的含义和说明场合

VHDL语言的数据类型：

1．数据类型的种类

在VHDL语言中，信号、变量、常数都是需要指定数据类型的，VHDL提供的数据类型可归纳如图3-3-1：

 图3-3-2  数据类型的分类

在上述数据类型中，有标准的，也有用户自己定义的。当用户自己定义时，其具体的格式如下：

  TYPE  数据类型名  数据类型的定义；

下面对常用的几种数据类型作一些说明。

整型（INTEGER）：VHDL中的整型与数学中的整形定义相似，可以使用加、减、乘、除等运算符。整数的最小范围从-2147483647到+2147483647，即32位有符号的二进制数。

实数（REAL）：实数即浮点数，有正有负，书写时一定要有小数点。实数的最小范围从-1.0E+38到+1.0E+38。

记录（RECORD）：记录是异构复合类型，也就是说，记录中的元素可以是不同的类型。记录类型的格式如下：

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