第5章VHDL设计深入课件电子教案幻灯片.ppt

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1、LOGOEDAEDA技术与技术与VHDLVHDL实用教程实用教程作者作者:苏莉萍苏莉萍 陈东陈东 廖超平廖超平第第5章章 VHDL设计深入设计深入LOGOEDAEDA技术与技术与VHDLVHDL实用教程实用教程作者作者:苏莉萍苏莉萍 陈东陈东 廖超平廖超平 要求要求理理解解VHDL语语言言的的一一些些高高级级特特性性与与方方法法，提提高高运运用用VHDL分析、设计电路的能力。分析、设计电路的能力。知识点知识点理解理解VHDL子程序和块语句的应用子程序和块语句的应用进一步理解进一步理解VHDL库与程序包的应用库与程序包的应用理解理解Quartus II的的HDL设计中的设计中的LPM函数的应用函

2、数的应用理解理解VHDL层次化文件设计层次化文件设计 重点和难点重点和难点VHDL块语句和子程序的应用块语句和子程序的应用理解理解Quartus II的的HDL设计中的设计中的LPM函数的应用函数的应用VHDL层次化文件设计层次化文件设计 EDAEDA技术与技术与VHDLVHDL实用教程实用教程作者作者:苏莉萍苏莉萍 陈东陈东 廖超平廖超平引引 言言 本本章章在在第第四四章章的的基基础础上上，对对Quartus II的的VHDL文文本本输输入入设设计计法法作作进进一一步步的的讨讨论论。本本章章主主要要讨讨论论VHDL文文本本输输入入法法中中的的子子程程序序与与子子程程序序调调用用语语句句、VH

3、DL库库与与程程序序包包、块块语语句句结结构构、VHDL设设计计中中LPM函函数数的的应应用和用和 VHDL层次化文件设计。层次化文件设计。EDAEDA技术与技术与VHDLVHDL实用教程实用教程作者作者:苏莉萍苏莉萍 陈东陈东 廖超平廖超平第五章第五章 VHDL设计深入设计深入深入深入VHDL程序结构程序结构 5.1VHDL层次化文件设计层次化文件设计5.3VHDL设计中设计中LPM函数的应用函数的应用5.25.1 深入深入VHDL程序结构程序结构 一、子程序与子程序调用语句一、子程序与子程序调用语句 1.子程序的一般特点子程序的一般特点 子程序是一个子程序是一个VHDL程序模块，它内部程序

4、模块，它内部由顺序语句组成，可把需要重复完成的设计由顺序语句组成，可把需要重复完成的设计工作写成子程序，这样可以在需要的地方多工作写成子程序，这样可以在需要的地方多次调用。次调用。子程序有两种类型，即函数和过程。函数子程序有两种类型，即函数和过程。函数的调用只能返回一个值，而过程可以不返回任的调用只能返回一个值，而过程可以不返回任何值，也可以返回多个值。在函数的接口中，何值，也可以返回多个值。在函数的接口中，所有参数都是输入参数，而过程有输入参数、所有参数都是输入参数，而过程有输入参数、输出参数和双向参数。函数通常作为表达式的输出参数和双向参数。函数通常作为表达式的一部分，而过程则一般被用作一

5、种语句结构。一部分，而过程则一般被用作一种语句结构。函数通常作为语句的一部分调用，而过程可以函数通常作为语句的一部分调用，而过程可以单独存在。单独存在。在子程序体可以有返回语句，用来结束当在子程序体可以有返回语句，用来结束当前子程序体的执行。其语句格式如下：前子程序体的执行。其语句格式如下：RETURN 表达式表达式；返回语句用于函数时，必须有表达式，只返回语句用于函数时，必须有表达式，只能并且必须返回一个值。每一函数必须至少能并且必须返回一个值。每一函数必须至少包含一个以上的返回语句，但是在函数调用包含一个以上的返回语句，但是在函数调用时，只有其中一个返回语句可以将值带出。时，只有其中一个返

6、回语句可以将值带出。返回语句用于过程时，表达式缺省，不返回返回语句用于过程时，表达式缺省，不返回任何值。任何值。VHDL子程序具有可重载的特性，即允许子程序具有可重载的特性，即允许有许多个重名的子程序，但这些子程序的参有许多个重名的子程序，但这些子程序的参数类型及返回值数据类型是不同的，开发工数类型及返回值数据类型是不同的，开发工具根据子程序的参数类型及返回值数据类型具根据子程序的参数类型及返回值数据类型来区分各个重载的子程序。来区分各个重载的子程序。重点提示重点提示 综合后的子程序将映射成目标芯片中综合后的子程序将映射成目标芯片中的一个相应的电路模块，且每一次调用的一个相应的电路模块，且每一

7、次调用又将在硬件结构中产生具有相同结构的又将在硬件结构中产生具有相同结构的不同模块，这一点与普通的软件中调用不同模块，这一点与普通的软件中调用子程序有很大的不同。子程序有很大的不同。2.2.函数函数 (1)(1)函数及声明函数及声明 函数是用来描述重复使用的返回单一函数是用来描述重复使用的返回单一值的顺序算法的子程序。函数中应至少有值的顺序算法的子程序。函数中应至少有一个返回语句，通过其中一个返回语句返一个返回语句，通过其中一个返回语句返回所要求返回的值。函数声明分函数首声回所要求返回的值。函数声明分函数首声明和函数体声明两部分，同一个函数的函明和函数体声明两部分，同一个函数的函数首和函数体应

8、具有相同的名字。数首和函数体应具有相同的名字。函数首的声明格式如下：函数首的声明格式如下：FUNCTION 函数名函数名(参数表参数表)RETURN 数据类型；数据类型；函数体声明函数体声明格式格式如下：如下：FUNCTION 函数名函数名(参数表参数表)RETURN 数据类型数据类型 IS 说明部分说明部分；BEGIN 顺序语句；顺序语句；END FUNCTION 函数名；函数名；函数首是由函数名、参数表和返回值的函数首是由函数名、参数表和返回值的数据类型三部分组成。函数名需放在关键词数据类型三部分组成。函数名需放在关键词FUNCTION之后，它可以是普通的标识符，之后，它可以是普通的标识符

9、，也可以是运算符，当是运算符时必须加上双也可以是运算符，当是运算符时必须加上双引号，这是运算符的重载。引号，这是运算符的重载。函数的参数表中的参数只能是函数的参数表中的参数只能是IN模式，模式，用来定义输入值，它只能是信号或常数，参用来定义输入值，它只能是信号或常数，参数名需放在关键词数名需放在关键词CONSANT或或SIGNAL之之后，若没有特别的说明，则参数被默认为常后，若没有特别的说明，则参数被默认为常数。数。信号或常数的数据类型不能是类似信号或常数的数据类型不能是类似“STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0)”或或“INTEGER RANGE 3 DOWNTO 0”的加

10、的加范围限制的形式，只能使用类似范围限制的形式，只能使用类似STD_LOGIC_VECTOR和和INTEGER的的非限制的形式。非限制的形式。下面是三个不同的函数首声明例子：下面是三个不同的函数首声明例子：FUNCTION FUNC1(A,B,C:REAL)RETURN REAL;-参量前没注明参量前没注明CONSANT或或SIGNAL默认为常数。默认为常数。FUNCTION “*”(CONSANT A,B:INTEGER)RETURN INTEGER;-注意重载运算符函数注意重载运算符函数名名*要用引号括起来。要用引号括起来。FUNCTION AS2 (SIGNAL IN1,IN2:REAL

11、)RETURN REAL;-注意信号参量前要注明注意信号参量前要注明SIGNAL。函数体的说明部分包括对数据类型、函数体的说明部分包括对数据类型、常量、变量等的局部说明，其顺序语句部常量、变量等的局部说明，其顺序语句部分则是描述用以完成规定算法或者转换的分则是描述用以完成规定算法或者转换的顺序语句，通常函数体内的顺序语句部分顺序语句，通常函数体内的顺序语句部分含有返回语句含有返回语句:RETURN表达式，用来在表达式，用来在该处返回所要求返回的值。函数体的说明该处返回所要求返回的值。函数体的说明以关键词以关键词END FUNCTION以及函数名结以及函数名结尾。一旦函数被调用，就将执行函数体内

12、尾。一旦函数被调用，就将执行函数体内的顺序语句部分的语句。的顺序语句部分的语句。v下面是一个函数体声明的例子：下面是一个函数体声明的例子：FUNCTION SAM(x，y，z：BIT)RETURN BIT IS -定义函数定义函数SAM，该函数无函数首，该函数无函数首 BEGIN RETURN（x OR z）AND y；END FUNCTION SAM；（2 2）函数声明的地方函数声明的地方 可在结构体的声明部分、进程的声明部分可在结构体的声明部分、进程的声明部分或程序包中声明函数。或程序包中声明函数。在结构体或进程中声明函数，只能在结构在结构体或进程中声明函数，只能在结构体或进程中调用函数，

13、而在程序包中声明函数体或进程中调用函数，而在程序包中声明函数则可通过声明引用程序包，在不同的实体的各则可通过声明引用程序包，在不同的实体的各个结构体内的调用函数。个结构体内的调用函数。(3)函数的调用 例 5.1 library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity dec3_8 is port(a:in std_logic_vector(2 downto 0);y:out std_logic_vector(7 downto 0);end dec3_8;architecture a of dec3_8 is function to_integer(ar

14、g:std_logic_vector)return integer isvariable temp:natural:=0;variable j:natural:=arglength-1;-arglength是是arg的位长的位长VHDL语言不区分大小写语言不区分大小写begin if arglength=32 then return temp;end if;-不能超过整数范围不能超过整数范围for i in argrange loopif arg(i)=1 then temp:=temp+2*j;-某一位不为零，则贡献一部分和某一位不为零，则贡献一部分和end if;if j0 then j:

15、=j-1;end if;end loop;return temp;end function to_integer;beging1:for k in 7 downto 0 generatey(k)a)。函数调用格式如下：函数调用格式如下：函数名函数名 （实际函数参数表）（实际函数参数表）其中函数参数表可以是位置连接映射形式其中函数参数表可以是位置连接映射形式(a1,a2,.an)或者指名连接映射形式或者指名连接映射形式(x1=a1,x2=a2,.xn=an)。3.过程过程 (1)过程及其声明过程及其声明 在在VHDL源代码中，如果在多处出现重复的模源代码中，如果在多处出现重复的模块，可使用过程来

16、描述。过程声明分过程首声块，可使用过程来描述。过程声明分过程首声明和过程体声明两部分，同一个过程的过程首明和过程体声明两部分，同一个过程的过程首和过程体应具有相同的名字。和过程体应具有相同的名字。过程首的声明格式如下：过程首的声明格式如下：PROCEDURE 过程名过程名(参数表参数表);过程体的声明格式如下：过程体的声明格式如下：PROCEDURE 过程名过程名(参数表参数表)IS 说明部分说明部分;BEGIN 顺序语句顺序语句;END PROCEDURE 过程名过程名;过程首由过程名和参数表组成。参数过程首由过程名和参数表组成。参数表用于对常数、变量和信号三类形式参量表用于对常数、变量和信

17、号三类形式参量作出说明，并用关键词作出说明，并用关键词IN、OUT和和INOUT定义这些参数的信息的流向。如果只定义定义这些参数的信息的流向。如果只定义了了IN模式而未定义形式参量的数据对象类模式而未定义形式参量的数据对象类型，则默认为常量；若只定义了型，则默认为常量；若只定义了INOUT或或OUT，则默认形式参量是变量。，则默认形式参量是变量。下面是过程首声明的例子：下面是过程首声明的例子：PROCEDURE PRO1(SIGNAL a,b:INOUT BIT);PROCEDURE PRO2(CONSTANT a1:IN INTEGER;VARIABLE b1:OUT INTEGER);PR

18、OCEDURE PRO3(SIGNAL y:OUT BIT);过程体中的说明部分的各种定义只能使过程体中的说明部分的各种定义只能使用于过程体内部。过程体的顺序语句部分可用于过程体内部。过程体的顺序语句部分可以包含任何顺序执行的语句，包括以包含任何顺序执行的语句，包括WAIT语语句。但如果一个过程是在进程中调用的，且句。但如果一个过程是在进程中调用的，且这个进程已列出了敏感参量表，则不能在此这个进程已列出了敏感参量表，则不能在此过程中使用过程中使用WAIT语句。语句。v下面是过程体声明的例子：下面是过程体声明的例子：PROCEDURE halfsub(SIGNAL a,b:IN BIT;SIGN

19、AL s,c:OUT BIT)IS BEGIN s=a XOR b AFTER 10 ns;c=(NOT a)AND b AFTER 10 ns;END PROCEDURE halfsub;PROCEDURE orgate(SIGNAL a1,b1:IN BIT;SIGNAL o1:OUT BIT)IS BEGIN o1a1,x2=a2,xn=an）。）。标号标号:过程名过程名 (实际函数参数表实际函数参数表););二、二、VHDL库与程序包库与程序包 VHDL库库(library)是用来存储编译好的是用来存储编译好的VHDL设计文件的仓库。常见的库有设计文件的仓库。常见的库有IEEE库、库、

20、STD库、库、ASIC矢量库、矢量库、WORK库和用户自定义库。库和用户自定义库。VHDL库中存放的库中存放的VHDL设计文件包含一个或多设计文件包含一个或多个个VHDL设计单元，这些设计单元可以是实体声设计单元，这些设计单元可以是实体声明、结构体、配置声明、程序包声明和程序包体明、结构体、配置声明、程序包声明和程序包体等。下面重点介绍程序包声明、程序包体和各种等。下面重点介绍程序包声明、程序包体和各种VHDL设计单元的特点及其在文件中的组织和库设计单元的特点及其在文件中的组织和库中存储。中存储。（一）程序包（一）程序包 程序包包括程序包声明和程序包体两部分。程序包包括程序包声明和程序包体两部

21、分。1.程序包声明程序包声明 程序包声明亦称程序包首，是用来进行一系程序包声明亦称程序包首，是用来进行一系列共用的声明。列共用的声明。在在VHDL设计文件中设计文件中,除了实体声明、结构体除了实体声明、结构体等设计单元外，还有程序包声明、程序包体这两等设计单元外，还有程序包声明、程序包体这两种设计单元。一个程序包声明和与它对应的程序种设计单元。一个程序包声明和与它对应的程序包体一起保存了一些经常用到的或在一个效大的包体一起保存了一些经常用到的或在一个效大的工程项目中许多文件要用到的已定义的常数、数工程项目中许多文件要用到的已定义的常数、数据类型、元件调用说明以及子程序接口等内容。据类型、元件调

22、用说明以及子程序接口等内容。程序包声明包含一系列可供其他设计单程序包声明包含一系列可供其他设计单元共享的声明，它定义了程序包的接口，即元共享的声明，它定义了程序包的接口，即定义了对其设计单元可见的条目。其声明格定义了对其设计单元可见的条目。其声明格式如下：式如下：PACKAGE 程序包名程序包名 IS 程序包首声明部分程序包首声明部分 END PACKAGE 程序包名程序包名;2.2.程序包体程序包体 程序包体用来存储在相应的程序包声明程序包体用来存储在相应的程序包声明中声明了的函数或过程的定义即函数或过程中声明了的函数或过程的定义即函数或过程体，也可以用来存储出现的相应的程序包声体，也可以用

23、来存储出现的相应的程序包声明中的完整的常量声明。程序包体总是与程明中的完整的常量声明。程序包体总是与程序包声明相对应的，并且一个程序包声明只序包声明相对应的，并且一个程序包声明只能对应一个程序包体。程序包声明与对应一能对应一个程序包体。程序包声明与对应一个程序包体的名字应相同。个程序包体的名字应相同。其格式如下：其格式如下：PACKAGE BODY 程序包名程序包名 IS 程序包体说明部分程序包体说明部分 程序包体内容部分程序包体内容部分 END PACKAGE BODY 程序包名程序包名;（二）各种（二）各种VHDL设计单元的特点及其在设计单元的特点及其在文件中组织和库中存储文件中组织和库中

24、存储 VHDL设计单元有实体声明、结构体、配设计单元有实体声明、结构体、配置声明、程序包声明和程序包体等类型。置声明、程序包声明和程序包体等类型。1.VHDL设计单元的特点设计单元的特点 (1)实体声明：在一个实体声明中声明的条目实体声明：在一个实体声明中声明的条目在与它相关联的各个结构体中是隐式可见的。在与它相关联的各个结构体中是隐式可见的。(2)结构体：可以有多个结构体同属一个实体，结构体：可以有多个结构体同属一个实体，或者说与同一个实体声明相关联。在一个结构或者说与同一个实体声明相关联。在一个结构体内声明的信号不能被其他设计单元引用。体内声明的信号不能被其他设计单元引用。(3)配置声明：

25、可以有多个结构体同属于一个配置声明：可以有多个结构体同属于一个实体时，应有配置声明。实体时，应有配置声明。(4)程序包声明：在一个程序包声明的条目可程序包声明：在一个程序包声明的条目可通过通过LIBRARY和和USE子句来提供给其他设计子句来提供给其他设计单元。程序包声明中声明的条目在相应的程序单元。程序包声明中声明的条目在相应的程序包体中隐式可见。包体中隐式可见。(5)程序包体：程序包体名必须和它所对应的程序包体：程序包体名必须和它所对应的程序声明名字相同，因此一个程序包声明最多程序声明名字相同，因此一个程序包声明最多只有一个程序包体。一个程序包体内部声明的只有一个程序包体。一个程序包体内部

26、声明的条目的作用范围局限在该程序包体的内部。条目的作用范围局限在该程序包体的内部。2.2.各种设计单元的文件的组织各种设计单元的文件的组织 VHDL设计文件是一个包含设计文件是一个包含VHDL源代码源代码的文件，它可包含一个或多个设计单元，设的文件，它可包含一个或多个设计单元，设计单元可以是上述的计单元可以是上述的5种单元。种单元。(1)(1)以上每种设计单元都可以放在一个独以上每种设计单元都可以放在一个独立的立的VHDL设计文件中。设计文件中。(2)一个一个VHDL设计实体的实体声明、结构体设计实体的实体声明、结构体可以分开放在不同可以分开放在不同VHDL设计文件中，但值得设计文件中，但值得

27、推荐的做法是把一个推荐的做法是把一个VHDL设计实体的实体声设计实体的实体声明、结构体、配置声明可以放在同一个明、结构体、配置声明可以放在同一个VHDL设计文件中，并且这个文件以实体名为名。设计文件中，并且这个文件以实体名为名。(3)一个一个VHDL设计文件可包含多个设计实体设计文件可包含多个设计实体的实体声明、结构体、配置声明，但若有顶的实体声明、结构体、配置声明，但若有顶层实体，这个层实体，这个VHDL设计文件命名的值得推荐设计文件命名的值得推荐的做法是用顶层实体名为名。的做法是用顶层实体名为名。3、各种、各种VHDL设计单元在设计库中的存储设计单元在设计库中的存储 VHDL语言并没有详细

28、规定语言并没有详细规定VHDL设计单元设计单元的存储格式。值得推荐的方法是把要放在一个的存储格式。值得推荐的方法是把要放在一个库的编译好的设计文件放在主机系统的一个文库的编译好的设计文件放在主机系统的一个文件夹里。可以有许多设计库，每个设计库有一件夹里。可以有许多设计库，每个设计库有一个逻辑名。个逻辑名。可以把上述的设计单元分为初级单元和二级可以把上述的设计单元分为初级单元和二级单元两类：单元两类：初级单元：包括实体声明、程序包声明和配置初级单元：包括实体声明、程序包声明和配置声明。声明。二级单元：包括结构体和程序包体。二级单元：包括结构体和程序包体。v 二级单元一定要和它们所关联的初级单元二

29、级单元一定要和它们所关联的初级单元存储在同一个设计库中。存储在同一个设计库中。v 另外，配置声明虽然是初级单元，但它必另外，配置声明虽然是初级单元，但它必须和它所配置的实体声明存储在同一个设计须和它所配置的实体声明存储在同一个设计库中。库中。v 在同一个设计库中，与不同初级单元相关在同一个设计库中，与不同初级单元相关联的二级单元可有相同的名字；一个二级单联的二级单元可有相同的名字；一个二级单元也可以和它所关联的初级单元具有相同的元也可以和它所关联的初级单元具有相同的名字；相对应的程序包声明和程序包体必须名字；相对应的程序包声明和程序包体必须具有相同的名字。具有相同的名字。（三）（三）VHDL库

30、与程序包的引用库与程序包的引用 1.1.VHDL库与程序包的引用方法库与程序包的引用方法 在在VHDL语言中，实体和程序包要引用别的语言中，实体和程序包要引用别的库和程序包时，要在实体声明和程序声明的开库和程序包时，要在实体声明和程序声明的开始部分有始部分有LIBRARY子句和子句和USE子句加以声明。子句加以声明。一旦说明了库和程序包，整个设计实体或程一旦说明了库和程序包，整个设计实体或程序包都可以进入访问或调用，但其作用范围仅序包都可以进入访问或调用，但其作用范围仅限于所说明的设计实体或程序包。每一个实体限于所说明的设计实体或程序包。每一个实体或程序包都必须有自己必须的库和程序包的说或程序

31、包都必须有自己必须的库和程序包的说明语句。明语句。（1）LIBRARY子句子句 在一个实体或程序包声明开始部分使用在一个实体或程序包声明开始部分使用LIBRARY子句，使得在这个实体或程序包子句，使得在这个实体或程序包内部所声明的库的逻辑名变成可见。内部所声明的库的逻辑名变成可见。LIBRARY子句格式如下：子句格式如下：LIBRARY 逻辑库名称列表；逻辑库名称列表；（2）USE子句子句 USE子句的使用所说明的程序包中的条目对子句的使用所说明的程序包中的条目对本实体或程序包是可见的。本实体或程序包是可见的。USE语句的使用语句的使用格式有两种格式：格式有两种格式：USE 库名库名.程序包名

32、程序包名.项目名项目名;USE 库名库名.程序包名程序包名.ALL;前句格式的作用是，向本设计实体或程序包前句格式的作用是，向本设计实体或程序包中开放指定库中的特定程序包内所选定项目。中开放指定库中的特定程序包内所选定项目。后句格式的作用是，向本设计实体或程序包开后句格式的作用是，向本设计实体或程序包开放指定库中的特定程序包内所有的内容。放指定库中的特定程序包内所有的内容。例如：例如：LIBRARY ieee;USE ieee.std_logic_1164.ALL;-打开打开ieee库中的库中的 std_logic_1164程序包程序包的所有内容的所有内容 USE ieee.std_logic

33、_unsigned.ALL;-打开打开ieee库中的库中的std_logic_unsigned的所的所有内容有内容 例如：例如：LIBRARY ieee;USE ieee.std_logic_1164.std_logic;USE ieee.std_logic_1164.rising_edge;-向当前设计实体打开向当前设计实体打开std_logic_1164程序程序包中的包中的rising_edge函数。但由于此函数必须函数。但由于此函数必须用到数据类型用到数据类型std_logic，所以在上一条，所以在上一条USE语句中打开同一程序包中的这一数据类型。语句中打开同一程序包中的这一数据类型。S

34、TD库包含程序包库包含程序包STANDARD和和TEXT IO。程序包。程序包STANDARD包含了包含了CHARACTE R、BOOLEAN、BIT_VECTOR和和INTEGER等预定义类型的声明。程序包等预定义类型的声明。程序包STANDARD使使默认打开的不需要使用默认打开的不需要使用USE子句将它打开。但子句将它打开。但要使用要使用TEXTIO程序包内的条目时还是需要使程序包内的条目时还是需要使用用USE子句将它打开，因为子句将它打开，因为TEXTIO程序包并程序包并不是默认打开。不是默认打开。2.在在Quatrus中设定自定义库的方法中设定自定义库的方法 （1）对特定工程设定自定义

35、库的方法对特定工程设定自定义库的方法 有两种方法，一种是使用有两种方法，一种是使用settings对话框对话框的方法，另一种是在新建工程时进行设定的的方法，另一种是在新建工程时进行设定的方法。方法。（2）对所有工程设定自定义库的方法对所有工程设定自定义库的方法 3.在在Quatrus中使用自定义库和程序包的方法中使用自定义库和程序包的方法 （1）使用使用WORK库中的自定义程序包库中的自定义程序包 将自定义程序包文件添加到要引用它的文将自定义程序包文件添加到要引用它的文件所在的工程中，在引用的文件的开始部分件所在的工程中，在引用的文件的开始部分用用USE子句加以声明即可。一般可把自定义程子句加

36、以声明即可。一般可把自定义程序包文件存储到要引用它的文件所存储的文序包文件存储到要引用它的文件所存储的文件夹里。件夹里。例例 5.3 将下面两文件将下面两文件my_package.vhd和和fullsub _work.vhd存储到文件夹存储到文件夹fullsub_work内。内。my_package.vhd:PACKAGE my_package IS PROCEDURE halfsub(signal a,b:in bit;signal s,c:out bit);PROCEDURE orgate(signal a1,b1:in bit;signal o1:out bit);END my_pack

37、age;PACKAGE BODY my_package IS PROCEDURE halfsub(signal a,b:in bit;signal s,c:out bit)IS BEGIN s=a XOR b AFTER 10 ns;c=(NOT a)AND b AFTER 10 ns;END PROCEDURE halfsub;PROCEDURE orgate(signal a1,b1:in bit;signal o1:out bit)IS BEGIN o1=a1 OR b1;END PROCEDURE orgate;END my_package;fullsub_work.vhd:USE W

38、ORK.my_package.ALL;ENTITY fullsub_work IS PORT(i1,i2,c_in:in bit;fs,c_out:out bit);END fullsub_work;ARCHITECTURE a OF fullsub_work IS SIGNAL temp_s,temp_c1,temp_c2:bit;BEGIN U0:halfsub(i1,i2,temp_s,temp_c1);U1:halfsub(temp_s,c_in,fs,temp_c2);U2:orgate(temp_c1,temp_c2,c_out);END a;以以fullsub_work为工程文件

39、夹为工程文件夹，fullsub_work.vhd为顶层文件新建一个工程项目为顶层文件新建一个工程项目，把把my_package.vhd文件添加到工程中，即可通过编译与仿真。文件添加到工程中，即可通过编译与仿真。（2）使用自定义库中的自定义程序包使用自定义库中的自定义程序包 把自定义程序包文件存储到自定义库所把自定义程序包文件存储到自定义库所在的文件夹里，再将自定义程序包文件添加在的文件夹里，再将自定义程序包文件添加到要引用它的文件所在的工程中，在引用文到要引用它的文件所在的工程中，在引用文件开始部分用件开始部分用LIBRARY子句和子句和USE子句加子句加以引用声明即可。以引用声明即可。例例5

40、.4 分别将下面的两文件分别将下面的两文件my_package.vhd和和fullsub_work.vhd存储到文件夹存储到文件夹mylib和和fullsub_mylib中，以中，以fullsub_work.vhd为为顶层文件建立一工程顶层文件建立一工程fullsub_mylib，用上，用上例添加程序包文件的方法把例添加程序包文件的方法把my_package.vhd文件添加到工程文件添加到工程fullsub_mylib中，就可中，就可使下面使下面VHDL代码通过编译和仿真。代码通过编译和仿真。my_package.vhd:PACKAGE my_package IS PROCEDURE half

41、sub(signal a,b:in bit;signal s,c:out bit);PROCEDURE orgate(signal a1,b1:in bit;signal o1:out bit);END my_package;PACKAGE BODY my_package IS PROCEDURE halfsub(signal a,b:in bit;signal s,c:out bit)IS BEGIN s=NOT(a XOR(NOT b)AFTER 10 ns;c=(NOT a)AND b AFTER 10 ns;END PROCEDURE halfsub;PROCEDURE orgate(

42、signal a1,b1:in bit;signal o1:out bit)IS BEGIN o1=a1 OR b1;END PROCEDURE orgate;END my_package;fullsub_mylib.vhd:LIBRARY mylib;USE mylib.my_package.ALL;ENTITY fullsub_mylib IS PORT(i1,i2,c_in:in bit;fs,c_out:out bit);END fullsub_mylib;ARCHITECTURE a OF fullsub_mylib IS SIGNAL temp_s,temp_c1,temp_c2:

43、bit;BEGIN U0:halfsub(i1,i2,temp_s,temp_c1);U1:halfsub(temp_s,c_in,fs,temp_c2);U2:orgate(temp_c1,temp_c2,c_out);END a;这是使用自定义库中的自定义程序包这是使用自定义库中的自定义程序包my_package.vhd编写的全减器编写的全减器VHDL代码。代码。其仿真波形如下图示。其仿真波形如下图示。三、块语句结构三、块语句结构 BLOCK语句属并行语句，语句属并行语句，BLOCK语句语句中所包含的语句也是并行语句。块语句有中所包含的语句也是并行语句。块语句有以下三种功能：以下三种功能：

44、(1)通过通过GUARDED信号来启用或禁止信信号来启用或禁止信号赋值；号赋值；(2)描述一个相对独立的设计部分；描述一个相对独立的设计部分；(3)限制声明范围；限制声明范围；v块语句声明格式如下：块语句声明格式如下：块标号：块标号：BLOCK(块保护表达式块保护表达式)IS 块头块头 块声明块声明 BEGIN 并行语句；并行语句；END BLOCK块标号块标号；块语句声明中的块头部分可包含由关键词块语句声明中的块头部分可包含由关键词GENERIC、PORT、GENERIC MAP和和PORT MAP引导的类属说明和接口说明，对引导的类属说明和接口说明，对BLOCK的接口设置以及与外界信号的连

45、接状的接口设置以及与外界信号的连接状况加以说明。况加以说明。块的声明部分可以定义的项目主要有：块的声明部分可以定义的项目主要有：USE语句、子程序、数据类型、子类型、常数、语句、子程序、数据类型、子类型、常数、信号、元件。块中的并行语句部分可包含结构信号、元件。块中的并行语句部分可包含结构体中的任何并行语句结构包括块语句。体中的任何并行语句结构包括块语句。1.通过通过GUARDED信号来启用或禁止信号赋值信号来启用或禁止信号赋值例例 5.5 ENTITY latch_block IS PORT(clock:IN BIT;d:IN BIT;q:BUFFER BIT);END latch_bloc

46、k;ARCHITECTURE a OF latch_block IS BEGIN b:BLOCK(clock=1)BEGIN qRTL Viewer，打开，打开RTL电路观察电路观察器可看到此电路的器可看到此电路的RTL原理图如下图示，可见此原理图如下图示，可见此电路是一个门控电路电路是一个门控电路(latch)。2.块语句用于描述一个相对独立的设计部分块语句用于描述一个相对独立的设计部分 当一个当一个VHDL设计文件由不止一个设计设计文件由不止一个设计者来设计时，每个设计者的设计往往是相对者来设计时，每个设计者的设计往往是相对独立的，这时可使用不同的块语句来描述不独立的，这时可使用不同的块语

47、句来描述不同人的设计。块中可以使用任意的常数和信同人的设计。块中可以使用任意的常数和信号名称而不用担心与别人的工作冲突，只需号名称而不用担心与别人的工作冲突，只需要，通过块的类属说明和接口说明把这些名要，通过块的类属说明和接口说明把这些名称和块的外界关联起来。称和块的外界关联起来。例例 5.7 5.7 v其仿真波形如下图其仿真波形如下图:在上例中，块在上例中，块U0用并行信号赋值语句描述一个半用并行信号赋值语句描述一个半减器，类属和端口映射使得局部名称和外部名称相减器，类属和端口映射使得局部名称和外部名称相关联。块关联。块U1用进程语句描述一个半减器，而用进程语句描述一个半减器，而U2中描中描

48、写或门的过程调用语句，合起来是一个全减器。写或门的过程调用语句，合起来是一个全减器。3.块语句限制声明范围块语句限制声明范围 有时有些声明中只适合某些代码，这时，可有时有些声明中只适合某些代码，这时，可把这些代码写进一个块语句，把这些声明写成把这些代码写进一个块语句，把这些声明写成块语句的块声明，就可把这些声明限制在块语块语句的块声明，就可把这些声明限制在块语句内部，起到限制声明范围的作用。这种用法句内部，起到限制声明范围的作用。这种用法比较简单，故不在举例说明。比较简单，故不在举例说明。5.2 VHDL设计中设计中LPM函数的应用函数的应用 在在Altera的开发工具的开发工具Quatrus

49、中中,有一些内有一些内带的基本宏功能带的基本宏功能(Megafuncition/PLM)可供用户可供用户使用，本节主要介绍这些使用，本节主要介绍这些Quatrus内带的基本内带的基本宏功能，而宏功能，而(MegaCore)则需另外授权和安装才则需另外授权和安装才能使用，在这就不介绍。基本宏功能可在原理能使用，在这就不介绍。基本宏功能可在原理图设计输入法中使用，也可在图设计输入法中使用，也可在HDL设计输入法设计输入法中使用，前者已经在第三章做过介绍，本节介中使用，前者已经在第三章做过介绍，本节介绍的是在绍的是在VHDL设计中的设计中的LPM使用方法。使用方法。设计中使用设计中使用LPM可在可在

50、VHDL设计文件中通设计文件中通过端口和参数定义例化过端口和参数定义例化LPM，也可使用，也可使用Mega Wizard Plug-In Manager对宏功能模块进行参数对宏功能模块进行参数化并建立包装文件，然后可在后面的设计中使化并建立包装文件，然后可在后面的设计中使用此文件。用此文件。一、通过端口和参数定义例化一、通过端口和参数定义例化LPM 下面以设计一个下面以设计一个32位加法器为例，说明位加法器为例，说明VHDL设计文件中通过端口和参数定义例化设计文件中通过端口和参数定义例化LPM的方法。的方法。v例例 5.8其仿真波形如下图示：其仿真波形如下图示：执行执行TOOLS=RTL Vi