VHDL数字电路设计教程第10讲 函数和过程

1第11章函数和过程函数(function)和过程(procedure)统称为子程序(subprogram)。子程序与进程的相同点：内部包含的都是顺序描述代码，使用相同的顺序描述语句，如if,case和loop(wait语句除外)。子程序与进程语句的区别：在使用目的上：进程可以直接在主代码中使用；而子程序一般在建库时使用，以便代码重用和代码共享。当然子程序也是可以在主代码中直接建立和使用的。在使用方法上：1、子程序不能从结构体的其余部分直接读写信号，所有通信都是通过子程序的接口来完成的；进程可以直接读写结构体内的其它信号。2、子程序中不允许使用wait语句。2子程序的存放位置：Package、Architecture、Process子程序与硬件规模：与普通软件中子程序调用的区别：普通软件子程序调用增加处理时间；VHDL中每调用一次子程序，其综合后都将对应一个相应的电路模块。子程序调用次数与综合后的电路规模成正比。设计中应严格控制子程序调用次数。知识点补充(1)：3子程序的类型：过程（Procedure）：0个或多个in、inout、或out参数。可获得多个返回值。函数（Function）：0个或多个in参数，一个return值。只能获得一个返回值。过程可作为一种独立的语句结构而单独存在，函数通常作为表达式的一部分来调用。子程序包含两部分：子程序声明和子程序主体。知识点补充(2)：4每次调用子程序时，都要首先对其进行初始化，即一次执行结束后再调用需再次初始化。因此，子程序内部的值是不能保持的。知识点补充(3)：511.1函数(function)一个函数就是一段顺序描述的代码。对于一些经常遇到的具有共性的设计问题，如数据类型转换、算术运算等，希望将其功能实现的代码被共享和重用，使主代码简洁并易于理解---函数。注意：由于在于每次调用函数时，都要首先对其进行初始化，即一次执行结束后再调用需再次初始化，即函数内部的值是不能保持的，因此在函数中禁止进行信号声明和元件实例化。函数的使用过程：先创建函数，再调用函数。6函数的创建：Function函数名[参数列表]return数据类型IS[声明]BEGIN(顺序描述代码)END函数名；(输入)参数列表=[constant]常量名：常量类型；(输入)参数列表=SIGNAL信号名：信号类型；参数列表指明函数的输入参数：•输入参数的个数是任意的，也可以没有参数；•输入参数的类型：变量不能作为参数，可以是常量和信号，语法如下：7在VHDL语言中，FUNCTION语句只能计算数值，不能改变其参数的值，所以其参数的模式只能是IN，通常可以省略不写。FUNCTION的输入值由调用者拷贝到输入参数中，如果没有特别指定，在FUNCTION语句中按常数或信号处理。因此输入参数不能为变量类型。另外，由于FUNCTION的输入值由调用者拷贝到输入参数中，因此输入参数不能指定取值范围。8函数的输出：使用RETURN语句，语法结构如下：return[表达式]；return语句只能用于子程序（函数或过程）中，并用来终止一个子程序的执行。当用于函数时，必须返回一个值。返回值的类型由return后面的数据类型指定。9创建一个函数的例子：创建名为f1的函数，有3个输入参数a,b,c，其中a,b是常量（关键字constant可以省略），c为信号。输出参数（只能有一个），是boolean类型的。functionf1(a,b:integer;signalc:std_logic_vector)returnbooleanISBEGIN(顺序描述代码)ENDf1；不能指定范围不能有变量类型10函数的调用：函数可以单独构成表达式，也可以作为表达式的一部分被调用。例：x=conv_integer(a);--单独构成表达式；ifxmax(a,b)....--表达式的一部分；11例11.1：positive_edge（）函数时钟上升沿检测函数，可用于D触发器的设计：---------------函数的创建-------------------functionpositive_edge(signals:std_logic)returnbooleanisbeginreturn(s’eventands=‘1’);endpositive_edge;----------------函数的调用---------------........ifpositive_edge(clk)then....12例11.2：conv_integer（）函数,将std_logic_vector类型的数据转换为integer类型，可处理任意宽度和方向的输入矢量：---------------函数的创建-------------------functionconv_integer(signalvector:std_logic_vector)returnintegerisvariableresult:integerrange0to2**vector’length-1;beginif(vector(vector’high)=‘1’)thenresult:=1;elseresult:=0;endif;foriin(vector’high-1)downto(vector’low)loopresult:=result*2;if(vector(i)=‘1’)thenresult:=result+1;endif;endloop;returnresult;endconv_integer;----------------函数的调用---------------........y=conv_integer(a);....注意：在输入参数列表中仍然不能指定信号的范围注意：内部不能声明信号注意：虽然不知道输入信号的范围，但可以函数被调用时使用s’length来获取输入参数的具体范围1311.2函数的存放函数和过程的存放位置包集（+包体）主代码LIBRARYARCHITECTURE（声明部分）实体必须！14例11.3：在主代码中定义函数,可以出现在entity中，也可以出现在architecture中。如存放于architecture中的声明：libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;entitydffisport(d,clk,rst:instd_logic;q:outstd_logic);enddff;architecturemy_archofdffisfunctionpositive_edge(signals:std_logic)returnbooleanisbeginreturn(s’eventands=‘1’);endpositive_edge;beginprocess(clk,rst)beginif(rst=‘1’)thenq=‘0’;elsepositive_edge(clk)thenq=d;endif;endprocess;endmy_arch;15例11.4(1)：在包集中定义函数，可以方便地被其它设计所重用和共享。注意：函数在package中声明，在packagebody中定义。---------------在包集中定义函数-------------------libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;packagemy_packageisfunctionpositive_edge(signals:std_logic)returnboolean;endmy_package;packagebodymy_packageisfunctionpositive_edge(signals:std_logic)returnbooleanisbeginreturn(s’eventands=‘1’);endpositive_edge;endmy_package;要先声明再定义16例11.4(2)：在主代码中调用在包集中定义的函数。---------------在主代码中调用包集中定义的函数-------------------libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;usework.my_package.all;entitydffisport(d,clk,rst:instd_logic;q:outstd_logic);enddff;architecturemy_archofdffisbeginprocess(clk,rst)beginif(rst=‘1’)thenq=‘0’;elsifpositive_edge(clk)thenq=d;endif;endprocess;endmy_arch;17例11.5：在包集中定义conv_integer（）函数libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;packagemy_packageisfunctionconv_integer(signalvector:std_logic_vector)returninteger;endmy_package;packagebodymy_packageisfunctionconv_integer(signalvector:std_logic_vector)returnintegerisvariableresult:integerrange0to2**vector’length-1;beginif(vector(vector’high)=‘1’)thenresult:=1;elseresult:=0;endif;foriin(vector’high-1)downto(vector’low)loopresult:=result*2;if(vector(i)=‘1’)thenresult:=result+1;endif;endloop;returnresult;endconv_integer;endmy_package;-------在主代码中调用包集中定义的函数-------------------libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;usework.my_package.all;entityconv_int2isport(a:instd_logic_vector(0to3);y:outintegerrange0to15);endconv_int2;architecturemy_archofconv_int2isbeginy=conv_integer(a);endmy_arch;18例11.6：“+”函数：•功能描述：扩展预定义的“+”操作符，进行std_logic_vector类型数据的加法运算。•实现方式：在包集中定义函数，在主代码中调用。-----------在包集中定义函数-----------libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;packagemy_packageisfunction“+”(a,b:std_logic_vector)returnstd_logic_vector;endmy_package;packagebodymy_packageisfunction“+”(a,b:std_logic_vector)returnstd_logic_vectorisvariableresult:std_logic_vector(3downto0);variablecarry:std_logic;begincarry:=‘0’;foriina’reverse_rangeloopresult(i):=a(i)XORb(i)XORcarry;carry:=(a(i)ANDb(i))OR(a(i)ANDcarry)OR(b(i)ANDcarry);endloop;returnresult;end“+”;endmy_package;比较特殊的函数名称19-------在主