1。2  VHDL语言简介

VHDL是一种超高速集成电路硬件描述语言（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）的缩写，于1985年正式推出，是目前标准化工程度最高的硬件描述语言。IEEE（The Institute of Electrical and Electronics Engineers）于1987年将VHDL采纳为IEEE1076标准（VHDL1987版本），并于1993年和2008年分别升级为VHDL1993版本和VHDL2008版本。VHDL经过20多年的发展、应用和完善，以其强大的系统描述能力、规范的程度设计结构、灵活的语言表达风格和多次层次的仿真测试手段，在电子设计领域收到了普遍的认同和广泛地接收，成为现代EDA领域的首选硬件描述语言。

硬件描述语言的描述对象是待设计电路系统的逻辑功能、实现该功能的算法、选用的电路结构及其他各种约束条件等。通常要求HDL既能描述系统的行为，又能描述系统的结构。硬件描述语言HDL种类较多，常用的有VHDL、Verilog和ABEL等。VHDL语言与其它HDL语言相较之下有一些自己的优点：

   (1)设计方便、方法多变、支持广。VDHL语言具有功能强大的语言结构，能用简单明了的代码替代复杂控制逻辑的设计，能够支持同步电路、异步电路和其它随机电路的设计。VHDL涉及的范围广这是其它HDL语言不能相比的。另外，VHDL语言能够自自己设定数据类型，这给编程工作人员带来了便利。

   (2)系统硬件描述能力强。VHDL语言可以进行系统级的硬件描述是它的一个最出色的优点。

   (3)能够编写与工艺无关的编程。

   (4)VHDL语言编写规范且典型，方便共享和复用。方便了设计成果的设计和交流。另外，VHDL语言的语法比较标准，因此给阅读和使用都带来了非常大的好处。

   (5)方便ASIC移植。VHDL语言的效率之一，就是如果你的设计是被综合到一个 CPLD或FPGA的话，则可以使你设计的产品以最快速度上市。因为VHDL是一个成熟的定义型语言，能够保证ASIC厂商产出优良质量的器件产品。而且当由于工艺技术的进步，需要采用更先进的工艺时，仍可以采用原来的VHDL代码。

VHDL程序结构

一个完整的VHDL程序通常包含库(Library)、程序包(Package)、实体(Entity)、结构体(Architecture)和配置(Configuration)5个组成部分。

图2-2  VHDL程序结构

其中实体和结构体是VHDL程序不可缺少的最基本的两个组成部分，它们可以构成最简单的VHDL文件。而库、程序包和配置则可有可无，设计者可根据需要选用。对于一个完整的VHDL程序(设计实体)，要求能为VHDL综合器所接受，并能作为一个独立设计单元，即以元件的形式存在的VHDL程序。

VHDL程序结构的显著特点是，任何一个工程设计或设计实体都可分为内外两部分，外面的部分为可视部分，用实体来说明端口特性；里面的部分为不可视部分，用结构体来说明其内部功能和算法，由实际的功能描述语句组成。这种将实体分成内外部分的概念是VHDL系统设计的基本点，也是一种基于自顶向下的多层次系统设计概念的实现途径。

（1）实体

    实体(ENTITY)是VHDL设计的必要组成部分，是设计实体的表层设计单元。

（2）结构体

    结构体(ARCHITECTURE)是一个实体的组成部分，是对实体功能的具体描述，如用来描述实体内部结构、元件之间的互连关系、实体所完成的逻辑功能以及数据的传输变换等内容。

    一个实体可以有多个结构体，但同一结构体只有描述一个实体。

（3）库

    库(LIBRARY)是用来存储预先完成的程序包和数据集合体的仓库。其信息可以是预先定义好的数据类型、子程序等设计单元的集合体(程序包),也可以是预先设计好的各种设计实体(元件库程序包)。