VHDL設(shè)計中信號與變量問題的研究

　　在VHDL程序設(shè)計中，可以充分利用信號或變量的系統(tǒng)默認(rèn)值，來靈活實現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)。本文從應(yīng)用的角度舉例說明了VHDL設(shè)計中信號與變量的區(qū)別，以及正確的使用方法，并介紹了為信號或變量賦予初始值的技巧。

　　概述

　　隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行芯片或系統(tǒng)設(shè)計已不能滿足要求，迫切需要提高設(shè)計效率，因此能大大降低設(shè)計難度的VHDL設(shè)計方法被越來越廣泛地采用。用VHDL語言設(shè)計系統(tǒng)的主要方法是：設(shè)計者根據(jù)VHDL的語法規(guī)則，對系統(tǒng)目標(biāo)的邏輯行為進(jìn)行描述，然后通過綜合工具進(jìn)行電路結(jié)構(gòu)的綜合、編譯、優(yōu)化，通過仿真工具進(jìn)行邏輯功能仿真和系統(tǒng)時延的仿真，最后把設(shè)計的程序下載到芯片中，成功地實現(xiàn)系統(tǒng)功能。

　　在VHDL設(shè)計中，最常用的數(shù)據(jù)對象主要有三種：信號(signal)、變量(variable)和常數(shù)(constant)。信號是電子電路內(nèi)部硬件連接的抽象。它除了沒有數(shù)據(jù)流動方向說明以外，其他性質(zhì)幾乎和“端口”一樣；信號是一個全局量，它可以用來進(jìn)行進(jìn)程之間的通信。變量只能在進(jìn)程語句、函數(shù)語句和過程語句結(jié)構(gòu)中使用，是一個局部量。

　　在VHDL語言中，對信號賦值是按仿真時間進(jìn)行的，到了規(guī)定的仿真時間才進(jìn)行賦值，而變量的賦值是立即發(fā)生的。下面的例子是從賦初值的角度說明信號與變量的這種區(qū)別的。

　　例如用VHDL語言實現(xiàn)初值為A的十六進(jìn)制的16個數(shù)的循環(huán)顯示。

　　對于如此的設(shè)計要求，如果用變量實現(xiàn)，則VHDL程序如下。

　　library ieee;

　　use ieee.std_logic_1164.all;

　　use ieee.std_logic_unsigned.all;

　　entity sevenauto is

　　port(clk:in std_logic;

　　y:out std_logic_vector(6 downto 0));

　　end sevenauto;

　　architecture behave of sevenauto is

　　begin

　　process(clk)

　　variable count:std_logic_vector(3 downto 0);

　　variable init:std_logic;

　　begin

　　if (clk''event) and (clk=''1'') then

　　if (init = ''0'') then

　　count:= 1001;

　　init:=''1'

　　end if;

　　count:=count+1;

　　case count is

　　when 0000=>y=1111110;

　　when 0001=>y=0110000;

　　when X2=>y=1101101;

　　when X3=>y=1111001;

　　when X4=>y=0110011;

　　when X5=>y=1011011;

　　when X6=>y=1011111;

　　when X7=>y=1110000;

　　when X8=>y=1111111;

　　when X9=>y=1111011;

　　when XA=>y=1110111;

　　when XB=>y=0011111;

　　when XC=>y=1001110;

　　when 1101=>y=0111101;

　　when 1110=>y=1001111;

　　when 1111=>y=1000111;

　　when thers=>y=XXXXXXX;

　　end case;

　　end if;

　　end process;

　　end behave;