《硬件描述语言》课件.ppt

**************硬件描述语言定义硬件描述语言是一种专门用于描述电子电路和数字系统的语言。高级语言与传统的汇编语言相比，使用更高级的抽象概念和语法。硬件设计用硬件描述语言编写的程序称为硬件描述，它描述了电路的结构和行为。行为建模使用硬件描述语言可以描述电路的逻辑功能和时序行为。硬件描述语言发展历程1高级硬件描述语言VHDL、Verilog2行为级描述语言AHDL、ESL3寄存器传输级描述语言ISP、ABEL4逻辑门级描述语言布尔代数硬件描述语言经历了漫长的发展过程，从最初的逻辑门级描述语言到现在的行为级描述语言，以及高级硬件描述语言的出现，体现了人们对设计语言不断追求更高抽象层次、更强大功能和更高效率的探索。硬件描述语言的作用和应用促进硬件设计效率硬件描述语言为设计者提供了一种抽象的描述方法，简化了硬件设计流程，提高设计效率。支持复杂系统设计硬件描述语言可以描述复杂的功能，例如数字信号处理、网络协议，并实现高性能计算和数据处理能力。设计流程概述1需求分析明确硬件设计目标和功能需求，确定硬件架构和设计方案。2设计实现使用硬件描述语言编写代码，实现硬件功能模块，并进行模块化设计和测试。3仿真验证利用仿真软件模拟硬件电路的行为，验证设计的功能正确性和性能指标。4综合与布局布线将硬件描述语言代码转换成可制造的硬件电路，进行电路优化和布局布线。5器件编程将最终的硬件电路设计加载到目标器件，完成硬件设计流程。硬件设计语言分类1行为级描述语言行为级描述语言关注硬件功能的逻辑抽象，例如描述电路的逻辑运算和控制流程。常见的行为级描述语言包括Verilog和VHDL。2结构级描述语言结构级描述语言更接近硬件的实际结构，例如描述电路的连接方式和组件的组合。3门级描述语言门级描述语言直接描述电路的逻辑门和连接关系，例如使用与门、或门和非门来构建电路。HDL设计语言特点抽象性HDL语言允许设计者从更高的抽象层次描述硬件电路，无需关注具体的电路细节。硬件描述HDL语言专门用于描述硬件电路的行为和结构，提供描述数字电路的语法和语义。可重用性HDL语言的设计模块可以方便地重复使用，简化了硬件设计流程。可仿真性HDL语言支持仿真和测试，帮助设计者验证设计的正确性。VHDL语言介绍VHDL（VHSICHardwareDescriptionLanguage）是一种硬件描述语言，用于描述数字电路的结构和行为。VHDL于1980年代后期开始发展，旨在为电子设计自动化（EDA）提供一种标准化的描述语言。VHDL是一种文本语言，它使用类似于程序语言的语法来描述硬件电路。VHDL语言基本元素标识符标识符用于表示程序中的元素，例如变量、信号和常量。标识符由字母、数字和下划线组成，且必须以字母或下划线开头。关键字VHDL语言中预定义的关键字，具有特定含义，例如BEGIN、END、IF和ELSE。字面量表示特定值的文字，包括数字、字符串和字符。例如，10、hello和A。注释注释用于解释代码，提高可读性。使用--开头的单行注释和/**/之间的多行注释。VHDL语言数据类型数据类型概述VHDL语言提供多种数据类型，支持不同的数值表示和操作。标准数据类型包括整数、实数、布尔值、字符、枚举等，满足基本逻辑和运算需求。用户自定义数据类型通过枚举类型、子类型、数组等定义，扩展数据类型，满足设计需求。VHDL语言运算符算术运算符包括加、减、乘、除、取模等运算符。例如：+、-、*、/、mod。关系运算符用于比较两个操作数的大小关系，包括等于、不等于、大于、小于、大于等于、小于等于等运算符。逻辑运算符用于对逻辑值进行运算，包括与、或、异或、非等运算符。例如：and、or、xor、not。位运算符用于对位进行操作，包括按位与、按位或、按位异或、按位取反等运算符。例如：、|、^、~。VHDL语言基本语句11.赋值语句用于将值分配给信号或变量，包括并行赋值和顺序赋值。22.过程语句用于描述顺序执行的逻辑，包括敏感信号列表和过程体。33.循环语句用于重复执行一段代码，包括for循环和while循环。44.条件语句用于根据条件执行不同的代码块，包括if语句和case语句。VHDL语言结构体数据类型数据类型定义了数据在程序中的表示方式。例如，整数、浮点数和布尔值。运算符运算符用于执行各种操作，例如加减乘除、逻辑运算和比较运算。语句语句是程序的基本构建块，用于执行特定的操作，例如赋值、条件语句和循环语句。结构体