VHDL数字系统回顾材料。

简介：
VHDL，全称Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language，是一种广泛应用于可编程逻辑器件（PLD）设计和验证的数字系统设计硬件描述语言。以下将详细阐述VHDL及其相关的数字系统设计知识点：1. **VHDL模块结构**：- **实体（Entity）**：实体定义了设计的接口，明确了输入和输出端口，它在硬件设计中可以被理解为一种“黑盒”模型，用于描述接口特性。 - **结构体（Architecture）**：结构体则负责定义实体内部的逻辑实现方式，详细描述了实体的工作原理。每个结构体都必须与一个特定的实体相对应，并定义了该实体内部的行为以及结构的实现细节。2. **标识符规范**：在VHDL编程中，标识符用于命名各种元素，例如实体、结构体、信号、变量等。这些标识符必须遵循严格的命名规则，通常要求首字符为字母或下划线，后续字符则可以包含字母、数字或下划线。3. **数据类型与对象**：- **常量（Constants）**：常量代表着不可变的值，一旦声明便不能进行修改。 - **变量（Variables）**：变量用于存储在程序执行过程中会发生变化的瞬时数据，它们可以在进程中被赋值和修改。 - **信号（Signals）**：信号主要用于在设计的不同模块之间传递信息，并且通常具有一定的延迟特性，这使得它们适用于描述硬件中的并行通信过程。4. **VHDL语句的应用**：VHDL语句是构建硬件行为的核心组成部分，包括赋值语句（用于改变变量的值）、条件语句（如IF-THEN-ELSE语句），循环语句（如WHILE和FOR循环），以及进程（Process），这些语句共同定义了设计的具体行为逻辑。5. **时序概念的理解**：- **惯性延迟（Inertial Delay）**：当信号发生变化时，其新值需要经历一段特定时间才能稳定下来并生效。 - **传输延迟（Transport Delay）**：传输延迟指的是信号从源端传递到目标端所经历的物理传播时间。6. **可编程逻辑器件 (PLDs) 的分类**：- **工厂可编程逻辑器件 (FPGAs)**: 例如PAL和GAL等器件, 在出厂前就已经预先编程完成, 具有固定的功能配置。 - **现场可编程逻辑器件 (FPGAs)**: 例如FPGA和CPLD等器件, 允许用户在实际使用过程中重新配置其功能, 提供了更大的灵活性和适应性。7. **状态机与微程序的设计**：- **状态机 (State Machine)**: 状态机主要用于控制逻辑电路的行为, 能够描述系统的顺序控制过程。 - **微程序 (Microprogram)**: 微程序是一种实现控制器的方法, 通过一系列微指令来控制数据处理流程的执行过程8. **VHDL的高级特性**: - **过程 (Procedures) 和函数 (Functions)**: 过程是无返回值子程序, 而函数则是具有返回值的子程序, 用于代码的模块化复用9. **属性语句的应用**: 属性语句用于对实体、结构体、信号等元素进行属性的获取或设置操作10. **硬件测试与可测试性设计**: - **组合逻辑电路测试**: 用于检测组合逻辑电路中可能存在的错误问题.- **IEEE1149.1测试访问端口(JTAG)**: IEEE1149.1协议是一种标准的边界扫描测试协议, 主要用于对硬件进行测试和调试操作11. 数字系统设计实例: - 系统设计要求: 需要明确系统的目标以及所具备的功能需求.- 系统设计方案: 设计方案应采用模块化方法将整个系统分解成若干个独立的子模块.- 模块设计: 每个子模块的设计需要详细说明其输入输出接口、内部逻辑以及功能描述 。 在回顾 VHDL 和数字系统设计的相关知识时, 应重点关注实体和结构体的运用方式、信号的处理方法、状态机的构建技巧以及可测试性设计的核心概念 。 对这些知识点的深入理解和熟练应用是成功完成数字系统设计与实现的关键环节 。 同时, 对不同类型的 PLDs 的特点及应用场景有充分的了解 , 以及如何在 VHDL 中实现高级功能例如过程及函数的使用 , 都将极大地提升您的设计能力 。