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3.2VHDL语言要素VHDL具有计算机编程语言的一般特性，其语言要素是编程语句的基本单元。准确无误地理解和掌握VHDL语言要素的基本含义和用法，对正确地完成VHDL程序设计十分重要。3.2.1VHDL文字规则一、数字型文字——由数字、小数点和下划线组成1、整数文字5,678,156E2,45_234_287(=45234287)2、实数文字188.993,88_670_551.453_9093、以数制基数表示的文字格式：数制#数值#例如：10#170#16#FE#2#11010001#8#376#4、物理量文字例如：60s，100m二、字符串文字字符——以单引号括起来的数字、字母和符号（ASCII码）例如：’0’,’1’,’A’,’B’,’a’,’b’字符串——一维的字符数组，用双引号括起来。1、文字字符串例如：”ABC”,”ABOY.”,”A”2、数值字符串——矢量格式：数制基数符号“数值字符串”其中：B——二进制基数符号；O——八进制基数符号；X——16进制基数符号；例如：B“111011110”；矢量数组，长度为9O“15”；等效B“001101”，长度为6X“AD0”；等效B“101011010000”，长度为123、标识符——是用户给常量、变量、信号、端口、子程序或参数定义的名字规则：以字母开头，后跟若干字母、数字或单个下划线构成，但最后不能为下划线。例如：h_adder,mux21,example为合法标识符；2adder,_mux21,ful__adder,adder_为错误的标识符。VHDL’93标准支持扩展标识符，以反斜杠来定界，允许以数字开头，允许使用空格以及两个以上的下划号。例如：\74LS193\,\ABOY.\等为合法的标识符。4、下标名——数组格式：标识符（表达式）例如：b（3）5、段名——多个下标名的组合格式：标识符（表达式方向表达式）方向：TO——下标序号由低到高DOWNTO——下标序号由高到低例如：D（7DOWNTO0）；表示数据总线D7～D0D（0TO7）；表示数据总线D0～D73.2.2VHDL数据对象——存放各种类型数据的容器，包括变量、常量和信号1、变量（VARIABLE）规则：只能在进程（PROCESS）、函数（FUNCTION）和过程（PROCEDURE）中说明和使用的局域量定义格式：VARIABLE变量名：数据类型{：=初始值}例如：VARIABLEa：INTEGER;VARIABLEb：INTEGER：=2；变量赋值语句：目标变量名：=表达式例如：VARIABLEx，y：REALVARIABLEa，b：BITVECTOR（0TO7）；x：=100.0；y：=1.5+x；a：=“1010101”a（3TO6）：=（‘1’，‘1’，‘0’，‘1’）；a（0TO5）：=b（2TO7）；2、信号（SIGNAL）规则：信号是在结构体（ARCHITECTURE）、程序包（PACKAGE）和实体中说明的全局量。信号定义格式：SIGNAL信号名：数据类型：=初值；例如：SIGNALtemp：STDLOGIC：=‘0’；SIGNALflaga，flagb：BIT;SIGNALdata：STDLOOGICVECTOR（15DOWNTO0）；信号赋值语句：目标信号名＜=表达式例如：x＜=9；y＜=x；z＜=xAFTER5ns；信号与变量的区别：（1）使用场合不同；（变量：进程；信号：结构体）（2）变量用“：=”号赋值，其值被立即使用（无时间延迟）；而信号用“＜=”赋值，其值可以附加延迟。4、常数（CONSTANT）规则：常数在程序前部定义，且一旦被赋值就不能再改变。常数定义格式：CONSTANT常数名：数据类型：=初值；例如：CONSTANTfbus：BITVECTOR：=“010111”；CONSTANTVcc：REAL：=5.0；CONSTANTdely：TIME：=25ns；3.2.3VHDL数据类型一、VHDL数据类型1、标量型（ScalarType）——单元素的最基本数据类型（1）实数类型（2）整数类型（3）枚举类型（4）时间类型2、复合类型（CompositeType）（1）数组型（Array）（2）记录型（Record）3、存取类型（AccessType）——为数据对象提供存取方式4、文件类型（FilesType）——提供多值存取类型二、VHDL的预定义数据类型——在IEEE库中的标准程序包（STANDARD）中预先定义的数据类型。1、布尔（BOOLEAN）数据类型包括逻辑“假”（FALSE）和逻辑“真”（TRUE），定义语句：TYPEBOOLEANIS（FALSE，TRUE）；--以枚举类型定义2、位（BIT）数据类型包括‘0’和‘1’，定义语句：TYPEBITIS（‘0’，‘1’）3、位矢量（BITVECTOR）数据类型位矢量是用双引号括起来的数字序列，如“0011”，X“00FD”定义语句：TYPEBITVECTORISARRAY（NaturalRange〈〉）OFBIT；--“”表示数据范围未定界规则：使用位矢量必须注明位宽，例如：SIGNALa：BITVECTOR（7TO0）；--定义a为由a(7)～a(0)构成矢量，左为a(7)右为a(0)；4、字符（CHARACTER）数据类型字符是用单引号括起来的ASCII码字符，如‘A’‘a’‘0’‘9’定义语句：TYPECHARACTERIS（ASCII码字符表中的全部字符）5、整数（INTEGER）数据类型整数包括：正整数、负整数和零范围：32位带符号数原码，即-(231-1)～+(231-1)（-2147483647～+2147483647）6、自然数（NATURAL）和正整数（POSITIVE）数据类型自然数——包括0和正整数正整数——不包括0的正整数7、实数（REAL）数据类型由正、负、小数点和数字组成，如：-1.0，+2.5，-1.0E38范围：-1.0E+38TO+1.0E+388、字符串（STRING）数据类型字符串是用双引号括起来的字符序列，也称字符矢量或字符串数组。例如，“ABOY.”，“10100011”9、时间（TIME）数据类型时间是物理量数据，由整数数据和单位两部分组成，定义语句：TYPETIMEISRANGE–2147483647TO2147483647unitsfs；--飞秒（10-15S）VHDL中的最小时间单位ps=1000fs；--皮秒ns=1000ps；--纳秒us=1000ns；--微秒ms=1000us；--毫秒sec=1000ms；--秒min=60sec；--分hr=60min；--时ENDunits；10、错误等级（SeverityLevel）错误等级数据用于表征系统的状态，包括：NOTE（注意），WARNING（警告），ERROR（出错），FAILURE（失败）。在仿真过程中，可输出这4种值来提示被仿真系统当前的工作状态。其定义如下：TYPEseverity_levelIS（note，warning，error，failure）；三、IEEE预定义的标准逻辑位和矢量1、标准逻辑位（STDLOGIC）数据类型TYPESTDLOGICIS（‘U’--未初始化的‘X’--强未知的‘0’--强0‘1’--强1‘Z’--高阻态‘W’--弱未知的‘L’--弱0‘H’--弱1‘-’--忽略）；2、标准逻辑矢量（STDLOGICVECTOR）数据类型TYPESTDLOGICVECTORISARRAY（NaturalRange〈〉）OFSTDLOGIC；--〈〉表示范围未定四、用户自定义数据类型方式定义格式：TYPE数据类型名IS数据类型定义OF基本数据类型或：TYPE数据类型名IS数据类型定义；例如：TYPEst1ISARRAY（0TO15）OFSTDLOGIC；TYPEweekIS（sun，mon，tue，wed，thu，fri，sat）；1、枚举类型（Enumerated）定义格式：TYPE数据类型名IS数据类型定义；例如：TYPEweekIS（sun，mon，tue，wed，thu，fri，sat）；2、整数类型和实数类型定义格式：TYPE数据类型名ISRANGE范围；例如：TYPEnum1ISRANGE0TO100；3、数组类型数组——是一组具有相同数据类型的元素的组合。定义格式：TYPE数组名ISARRAY（数据范围）OF数据类型；例如：TYPEdata_busISARRAY(7DOWNTO0)OFSTD_LOGIC；--定义数据总线，下标由高到低，即D7位权值最高，D0位权值最低。TYPEdata_busISARRAY(0TO7)OFSTD_LOGIC；--定义数据总线，下标由低到高，即D0位权值最高，D7位权值最低。4、记录类型（Recode）记录——是一组不同数据类型的元素的组合。定义格式：TYPE记录类型名ISRECODE元素名：元素数据类型；元素名：元素数据类型；：ENDRECODE[记录类型名][例4-16]利用记录类型定义微处理器的命令信息表TYPERegNameIS（AX，BX，CX，DX）；--定义枚举类型数据（CPU的4个数据寄存器蜜名）TYPEOperationISRECODEMnemonic：STRING(1TO10);--助记符OPCode：BIT_VECTOR（3DOWNTO0）；OP1，OP2，Res：RegName；ENDRECODE；VARIABLEInstr1，Instr2，Instr3：Operation；…Instr1：=（“ADDAX，BX”，“0001”，AX，BX，AX）；Instr2：=（“ADDBX，BX”，“0010”，others=BX）；…Instr3.Mnemonic：=“MULAX，BX”；Instr3.Op1：=AX；--将记录Instr3中的OP1赋（RegName的）值AX3.2.4VHDL操作符类型操作符功能操作数数据类型算术操作符+加整数-减整数&并一维数组*乘整数和实数/除整数和实数MOD取模整数REM求余整数SLL逻辑左移BIT或布尔型一维数组SRL逻辑右移BIT或布尔型一维数组类型操作符功能操作数数据类型算术操作符SLA算术左移BIT或布尔型一维数组SRA算术右移BIT或布尔型一维数组ROL逻辑循环左移BIT或布尔型一维数组ROR逻辑循环右移BIT或布尔型一维数组**乘方整数ABS取绝对值整数类型操作符功能操作数数据类型关系操作符=等于任何数据类型/=不等于任何数据类型小于枚举与整数及对应的一维数组大于同上=小于等于同上=大于等于同上类型操作符功能操作数数据类型逻辑操作符AND与BIT、BOOLEAN、STDLOGICOR或同上NAND与非同上NOR或非同上XOR异或同上NXOR异或非同上NOT非同上类型操作符功能操作数数据类型符号操作符+正整数-付整数说明：（1）操作符的优先级：（）→（NOT，ABS，**）→（REM，MOD，/，*）→（+，-）→（关系运算符）→（逻辑运算符：XOR，NOR，NAND，OR，AND）（2）在逻辑运算表达式中若全部运算符相同，则可以不加括号；若运算符不同则加括号分隔；（3）并“&”操作符完成一维数组的位扩展