VHDL入门学习-程序组成

Posted 2020-11-01 乔海权_429512***杭州

1. VHDL程序的组成 一个完整的VHDL程序是以下五部分组成的：

2. 库（LIBRARY）：比较好理解，调用系统已有的库，WORK库就是用户当前编辑文件所在的文件夹， IEEE库：由IEEE（美国电子电机工程师学会）制定的标准库 LPM库

library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.math_real.all;
use IEEE.std_logic_arith.all;

3. 程序包（PACKAGE）：声明在设计中将用到的常数、数据类型、元件及子程序

4. 实体（ENTITY）：声明本设计的接口引脚，输入输出引脚，写法一般是引脚名字:接口方向:标准逻辑

entity TempSensorCtl is
    Generic (CLOCKFREQ : natural := 100); -- input CLK frequency in MHz
    Port (
        TMP_SCL : inout STD_LOGIC;
        TMP_SDA : inout STD_LOGIC;
--        TMP_INT : in STD_LOGIC; -- Interrupt line from the ADT7420, not used in this project
--        TMP_CT : in STD_LOGIC;  -- Critical Temperature interrupt line from ADT7420, not used in this project
        
        TEMP_O : out STD_LOGIC_VECTOR(12 downto 0); --12-bit two\'s complement temperature with sign bit
        RDY_O : out STD_LOGIC;    --\'1\' when there is a valid temperature reading on TEMP_O
        ERR_O : out STD_LOGIC; --\'1\' if communication error
        
        CLK_I : in STD_LOGIC;
        SRST_I : in STD_LOGIC
    );

实体类似于原理图中的一个部件符号，它并不描述设计的具体功能，只是定义所需的全部输入/输出信号。实体格式如下：

ENTITY 实体名 IS [
GENERIC（常数名：数据类型[：设定值]）]        类属说明    
PORT                                      
端口说明    （
端口信号名1： 模式 类型；
端口信号名2： 模式 类型；
端口信号名3： 模式 类型；
端口信号名4： 模式 类型）；
TYPE语句或常量定义                      
实体申明 并行语句                                  
实体语句 END 实体名；

 

端口信号名：端口信号名在实体之中必须是唯一的，信号名应是合法的标识符 端口模式：分别有IN、OUT、INOUT、BUFFER和LINKAGE，这五种类型在后面的章节将介绍到。

端口类型：常用的有INTEGER、STD_LOGIC、STD_LOGIC_VECTOR，有待后面章节介绍。

5. 构造体（ARCHITECTUR）：定义实体的实现，电路的具体描述，结构体 所有能被仿真的实体都由结构体（ARCHITECTURE）描述，即结构体描述实体的结构或行为，一个实体可以有多个结构体，每个结构体分别代表该实体功能的不同实现方案。结构体的任务是：定义结构体中的各项内部使用元素，如数据类型（TYPE）,常数（CONSTAND）,信号（SIGNAL）,元件（COMPONENT）,过程（POCEDURE）,变量（VARIABLE）和进程（PROCESS）等。通过VHDL语句描述实体所要求的具体行为和逻辑功能。描述各元件之间的连接。

rchitecture Behavioral of TempSensorCtl is

-- TWI Controller component declaration
    component TWICtl
   generic 
//中间省略
end Behavioral;

元件就是其他文件定义好的模块，比如元件component TWICtl，就是其他文件的模块，这里只是调用

component TWICtl
   generic 
   (
        CLOCKFREQ : natural := 50;  -- input CLK frequency in MHz
        ATTEMPT_SLAVE_UNBLOCK : boolean := false --setting this true will attempt
        --to drive a few clock pulses for a slave to allow to finish a previous
        --interrupted read transfer, otherwise the bus might remain locked up        
    );
    port (
        MSG_I : in STD_LOGIC; --new message
        STB_I : in STD_LOGIC; --strobe
        A_I : in  STD_LOGIC_VECTOR (7 downto 0); --address input bus
        D_I : in  STD_LOGIC_VECTOR (7 downto 0); --data input bus
        D_O : out  STD_LOGIC_VECTOR (7 downto 0); --data output bus
        DONE_O : out  STD_LOGIC; --done status signal
      ERR_O : out  STD_LOGIC; --error status
        ERRTYPE_O : out error_type; --error type
        CLK : in std_logic;
        SRST : in std_logic;
----------------------------------------------------------------------------------
-- TWI bus signals
----------------------------------------------------------------------------------
        SDA : inout std_logic; --TWI SDA
        SCL : inout std_logic --TWI SCL
    );
end component;

调用的模块需要初始化一个实例

Inst_TWICtl : TWICtl
    generic map (
        ATTEMPT_SLAVE_UNBLOCK => true,
        CLOCKFREQ => 100
    )
    port map (
        MSG_I => twiMsg,
        STB_I => twiStb,
        A_I => twiAddr,
        D_I => twiDi,
        D_O => twiDo,
        DONE_O => twiDone,
      ERR_O => twiErr,
        ERRTYPE_O => open,
        CLK => CLK_I,
        SRST => SRST_I,
        SDA => TMP_SDA,
        SCL => TMP_SCL
    );

6. 配置（CONFIGURATION）：一个实体可以有多个构造体，可以通过配置来为实体选择其中一个构造体

7. VHDL的注释用的是--，如下

-- Uncomment the following library declaration if using

8. constant常量，全局变量，在结构体描述、程序包说明、实体说明、过程说明、函数调用说明和进程说明中使用，在设计中描述某一规定类型的特定值不变，如利用它可设计不同模值的计数器，模值存于一常量中，对不同的设计，改变模值仅需改变此常量即可，就如上一章所说的参数化元件。 定义格式： CONSTANT 常数名：数据类型：=表达式；

    constant ADT7420_ADDR : std_logic_vector(7 downto 1)     := "1001011"; -- TWI Slave Address
    constant ADT7420_RID : std_logic_vector(7 downto 0)      := x"0B"; -- ID Register Address for the ADT7420
    constant ADT7420_RRESET : std_logic_vector(7 downto 0)   := x"2F"; -- Software Reset Register
    constant ADT7420_RTEMP : std_logic_vector(7 downto 0)    := x"00"; -- Temperature Read MSB Address
    constant ADT7420_ID : std_logic_vector(7 downto 0)       := x"CB"; -- ADT7420 Manufacturer ID

9. 条件判断的写法

TEMP_O <= tempReg(15 downto 3);
RDY_O <= \'1\' when fReady else
            \'0\';
ERR_O <= \'1\' when state = stError else
            \'0\';

10. 信号的写法

    signal initWord: std_logic_vector (DATA_WIDTH-1 downto 0);
    signal initA : natural range 0 to NO_OF_INIT_VECTORS := 0; --init vector index
    signal initEn : std_logic;

11. 数据类型定义，用户自定义的数据类型 有四种，分别是枚举类型、整数类型和实数类型、数组类型、记录类型 枚举类型： TYPE 数据类型名 IS （枚举文字，枚举文字，. . . .）

   type state_type is (
                        stIdle, -- Idle State
                        stInitReg,  -- Send register address from the init vector
                        stInitData, -- Send data byte from the init vector
                        stRetry,    -- Retry state reached when there is a bus error, will retry RETRY_COUNT times
                        stReadTempR,  -- Send temperature register address
                        stReadTempD1, -- Read temperature MSB
                        stReadTempD2, -- Read temperature LSB
                        stError -- Error state when reached when there is a bus error after a successful init; stays here until reset
                        ); 

12. 怎么把实体的信号和元件（COMPONENT）的信号连接起来，定义一个元件（COMPONENT）的实例化对象，用信号（signal）连接起来，其实在实体定义的port也是信号