(转)VHDL的延时理解

1。VHDL中的delta延时大于零，但小于任何指定的延时（指定的延时包括after指定的惯性延时和transport指定的传输延时）。因此，在一个确定的仿真时刻t，开启有限多个仿真周期（即一个delta延时）不会使仿真时刻向前推进，就是说不论有多少个delta延时，都认为是在t时刻。为什么能够这样认为呢，请看2。

2。在具体硬件中，进程是并行发生的，也就是说，数据总是不断的流进各个模块，模块间不会有先来后到。因此在一个时刻t，会同时有多个事件发生。但是仿真软件是在PC机上用C语言之类的串行机制实现的，所以就必须在串行机制下尽可能准确地仿真并行事件的发生。怎么办呢，就出现了delta延时的模型。在一个仿真周期（即一个delta延时）里，仿真器串行的处理各个事件，但我们把这个仿真周期看成一个整体认为这些事件宏观上是并行的。既然是并行的，就理所当然地认为还是在t时刻了。

3。一个process只要在时刻t它的敏感表中有事件发生，就开启一个仿真周期。一个仿真周期里，可以同时有多个process被激活，就看敏感表中是不是有事件。但是对于一个进程，不管它有多长，只要其中没有after 之类的具体时间延时，就认为需要花费一个delta延时完成，也就是说它的结果是在delta之后才更新的（可以理解成立刻算出来，但是等到delta之后才更新）。如果它的输出在delta后更新完又触发了另外一个process，那么就再开一个仿真周期，再花费delta执行。由1可知，不管开了多少个delta，都认为在时刻t并行发生。但是注意，一旦哪个进程中有after了，就认为新值在after指定时间更新，不考虑delta。

4。举个例子。

（i）下面两行在一个architecture中：

      Z <= X+Y;--(1)

      A <= Z+B;--(2)

     这样两句话可以看成两个进程。现在的时刻为t1，此时X变化了，好，激活了(1)，开一个仿真周期，立即计算Z=X+Y，但是要等到delta延时后Z的值更新。由于Z的值发生了变化，又激活了(2)，好，再开一个仿真周期，算出A=Z+B，再等delta后A的值更新。因此，无论(1)(2)先写谁，都是这样的过程，总共花费2delta（还属于ti时刻）。

（ii）上面我们假设了X变化时B没有变。假如X变化时B也变化了，这时开一个仿真周期，在这个周期里(1)(2)同时被激活，Z和A的值同时计算（当然仿真器具体实现时有先后，但在delta内认为并行），等待delta后，Z和A同时更新，但一定要注意，这时的A值是利用Z更新前的值计算的。之后，Z的变化再次激活（2），这时计算的A就是用更新后的Z了，但是要再等待delta，A值才更新为最后的结果。和（i）对比，结果相同，时间花费也相同，都是2delta。

（iii）假如把（1）改成Z <= X+Y after 2ns，（2）不变，那么t1时刻X变化后，就认为在t1+2ns时刻Z值更新，不考虑delta延时。之后，再过delta延时A值更新。所以总花费变为delta+2ns.

（iv）假如(1)(2)是在一个process中，那么情况是这样的。由于在一个process里只开一个仿真周期，所以(1)(2)总是在一个delta里完成，因此无论(1)(2)先写谁，最终的A值是利用Z的旧值计算的，就会出现错误的结果。这一点一定要注意。这也是为什么在一个process里给一个信号多次赋值，只会得到最后一个赋值的结果。因为每一次赋值都在等着delta时间结束才更新。

5。总结一下，就是在一个进程中内部和有after的语句可以理解为不再单开仿真周期。

6。再深究一下，信号赋值为什么要等待delta延时呢？2中说过，是由于要利用串行机制处理并行问题。除此之外，还由于信号本身用途和特点所决定。信号主要用于进程间通信，同时信号是需要驱动的，假如一个A进程需要读入 signal Z的值，B进程又在写入signal Z的值，那么仿真时就会有冲突。通过引入delta延时，使得读写错开一段delta时间，解决了信号在进程间同时读写的问题。

7。题外话，说明一下惯性延时和传输延时的区别。惯性延时就是说使输出能够得到正确的值，输入需要保持多久。比如

Z <= X after 2ns，说明X需要至少保持2ns，Z才会得到X的值，否则X的值可能被吃掉。对应的物理情况是要给电容留够充放电时间，太短的脉冲就可能被吃掉了。而传输延时没有吃不吃掉的问题，就是经过多长时间输入完全再现，不管脉冲多么短。比如：

Z<= transport X after 2ns，就是指X的值经过2ns后在Z端完全再现。对应的物理情况就是传输线。

10月29日添加：

1。添加一点感想，delta延时模型在一个时刻开启若干仿真周期的时候很有用，比如一个进程激发了另一个进程等等，确实有助于进程间信号的传递，至少在分析上是这样的。一个delta内使用的均为旧的值，新开的delta 使用的就是上一个delta计算出的更新值，就这么回事。