VHDL：含ModelSim仿真的练习题

简介：
本书为学习VHDL编程语言而设计，通过丰富的实例和ModelSim仿真练习题帮助读者深入理解硬件描述语言的应用及验证方法。 VHDL（Virtuoso Hardware Description Language）是一种用于硬件描述与设计的编程语言，在数字系统的逻辑设计、验证及综合方面应用广泛。它是FPGA（现场可编程门阵列）和ASIC（专用集成电路）等硬件设计的标准语言之一。 本练习着重于使用ModelSIM进行仿真，这是强大的VHDL与Verilog仿真器，支持设计师在物理实现之前对设计方案进行测试和验证。 理解VHDL的基本语法结构是其设计的基础。该语言包括实体、架构、包及配置等多种元素。其中，实体定义了外部接口；而架构则描述内部工作原理。编写代码时需明确输入输出信号及其他关键组件，并利用过程来描述时序逻辑以及函数和过程实现组合逻辑。 使用ModelSIM的步骤大致如下： 1. **创建工程**：在ModelSIM中新建一个项目并命名。 2. **添加源文件**：将VHDL设计文档导入到新建立的工程项目中。这可以通过菜单操作完成。 3. **编译设计**：确保所有实体和库正确无误地进行编译，避免出现语法错误或找不到所需组件的情况。 4. **设定仿真时间范围**：根据实际需求设置仿真的时间段以便观察特定时刻的设计行为。 5. **创建测试平台**：为验证设计功能需要建立一个模拟输入输出的测试环境。这同样使用VHDL编写，并与主设计一起编译和运行。 6. **启动仿真**：在执行仿真后，ModelSIM会显示波形窗口来展示各种信号随时间变化的情况。这些图表有助于理解及调试设计方案。 7. **分析结果**：通过观察生成的波形图检查设计是否正常工作；如发现问题，则需返回VHDL代码进行修改，并重新编译和运行仿真。 在VHDL中，常见的数据类型包括std_logic_vector、std_ulogic等，用于表示数字逻辑值。此外还支持用户自定义的数据类型以适应特定需求的设计项目。 除了基本的模拟功能外，在ModelSIM上还可以执行时序分析、性能评估以及覆盖率测试等功能。这些工具帮助设计师确定设计延迟和实际运行速度下的表现，并确保设计方案被全面验证减少潜在错误的发生。 通过使用VHDL与ModelSIM进行仿真练习，旨在增强对语言的理解并掌握如何利用该软件来确认硬件方案的准确性。不断实践和完善将有助于更高效地开发出可靠且高效的解决方案。