VHDL的基础语句

条件语句

• 根据条件的变化，得到不同的结果

• 条件语句可以只是一个值(能参与逻辑判断的数据类型)，也可以是复杂的表达式，用逻辑操作符连接

• 可以按执行方式分为两大类：

  • 顺序语句(使用时需要放到进程语句中)：IF语句；CASE语句
  • 并行语句：WHEN语句

IF条件语句

• IF语句的格式

  IF 判断条件 THEN 执行语句; 
  ELSIF 判断条件 THEN 执行语句;
  ELSE 执行语句;
  END IF;
  

• 使用IF实现计时器

  通过IF语句的嵌套，可以实现逻辑，以计时器电路为例：

  BEGIN
  	PROCESS(clk,rst,en,load)
  	BEGIN
  		IF rst='0'  THEN QU<=(OTHERS=>'0');--复位低电平有效，输出清零
  		ELSIF clk'EVENT AND clk='1' THEN --如果是时钟上升沿
  			IF en='1'  THEN --如果计数器使能
  				IF (load='0')  THEN QU<= data; --如果收到重置信号
  				ELSE 
  					IF QU<9 THEN QU <= QU+1; tcu<='0';--如果计数小于9计数值加1
  					ELSE QU <=(OTHERS=>'0'); tcu<='1';--计数已经是9就把计数值清零并产生进位
  					END IF;
  				END IF;
  			END IF;
  		END IF;
  	END PROCESS;
  END ARCHITECTURE;
  

CASE语句

• CASE语句格式

  CASE 判断条件 IS
  WHEN 选择值1 => 执行顺序语句1; ……顺序语句;--这里的=>不是操作符，它相当于IF语句的THEN
  WHEN 选择值2 => 执行顺序语句2; ……顺序语句;
  WHEN OTHERS => 执行顺序语句3; ……顺序语句;
  END CASE;
  

• 关于选择值

  • WHEN中的选择值必须在CASE判断条件表达式的取值范围内

  • 每个选择值只能出现一次

  • 选择值可以有多种表达方式：

    • 单个普通数值

    • 数值的选择范围，如（2 TO 4）取值就为2，3，4

      特别注意每个选择值只能出现一次的条件，不要让选择值范围出现重叠

    • 并列数值，如3|5，表示取值可以是3也可以是5

• 关于WHEN OTHERS

  • 除非选择值能涵盖所有取值，否则必须加上WHEN OTHERS

  • 如果对于未涵盖的其他条件没有相关操作，可以写WHEN OTHERS => NULL;

    但是最好写顺序语句，这样才能综合出纯组合电路（否则需要一个锁存器才能实现NULL语句）

  • WHEN OTHERS只能出现一次，而且必须处在最后一个条件

• CASE与IF语句的比较

  • 显然，CASE对每个条件的描述更为清晰
  • CASE语句中条件的次序不重要，各个语句并行，不像IF有逐个判断的过程
  • 对于相同的逻辑功能，CASE语句会比IF语句占用更多的硬件资源
  • 有些逻辑只能用IF描述，因为CASE语句缺乏条件相与功能以及自动包含逻辑值“-”的功能，只能条件相或

WHEN语句

• WHEN语句与IF和CASE不同，它是并行语句

• 条件信号赋值语句

  赋值目标 <=  表达式 WHEN 赋值条件 ELSE
  			表达式 WHEN 赋值条件 ELSE
  			……
  			表达式;
  

  每个赋值条件按书写先后顺序决定，第一子句有最高优先级，一旦发现条件为TURE，立刻给将表达式的值赋给赋值目标；如果没有符合条件的，就赋值最后一个表达式(只有最后的表达式有分号)

  z <= a WHEN p1 ='1' ELSE
  	 b WHEN p2 ='1' ELSE
  	 c;
  --当p1和p2都是1时，z会被赋值a
  

• 选择信号赋值语句

  WITH 选择表达式 SELECT
  	赋值目标信号 <= 表达式 WHEN 选择值,
  				  表达式 WHEN 选择值,
  				  ……
  				  表达式 WHEN 选择值;--最后一句才用分号
  

  作用是在根据不同特定条件下为目标信号赋不同的值

  • 虽然是并行语句，但是和CASE语句很类似

    同样由敏感信号的值决定操作

    条件的次序同样不重要，不像条件信号赋值语句那样有从上自下的判断过程

  • 同样不允许选择条件重叠与条件涵盖不全

    在条件不能涵盖所有情况时，需要在末尾加与NULL相近的关键词UNAFFECTED

    UNAFFECTED WHEN OTHERS;--写在最末行
    

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循环语句

• 作用是使包含的一组顺序语句被循环执行，其执行次数由设定的循环参数决定
• 在VHDL设计中要谨慎使用循环语句，因为C语言中的循环是以时间为代价换空间，而VHDL的每一次循环却要产生一套硬件模块，极其耗费硬件资源
• LOOP语句有两种常用的表达方法：单个LOOP和FOR_LOOP

单个LOOP语句

• LOOP语句格式

  LOOP标号: LOOP
  	顺序语句
  END LOOP LOOP标号
  

• EXIT语句跳出循环

  一般用于决定跳出循环的条件

  L2 : LOOP
  	a:= a+1;
  	EXIT L2 WHEN a>10;--当a>10时跳出循环
  END LOOP L2;
  

  其有三种格式：

  EXIT;--用于跳出当前LOOP
  EXIT LOOP标号;--和不加标号功能相同，如果有多个LOOP嵌套则需使用
  EXIT LOOP标号 WHEN 条件;--当满足某个条件时跳出循环，只有一层LOOP时可以省略标号
  

• NEXT语句

  其和EXIT语句很相似，功能上的区别是EXIT跳到循环的末尾(跳出循环)，NEXT则是跳到循环的开头(重新循环)

  NEXT;--无条件停止当前循环，开始下一次循环
  NEXT LOOP标号;--与上一句功能相同，用于有多个LOOP嵌套的情况
  NEXT LOOP标号 WHEN 条件表达式;--满足某个条件时跳转，只有一层LOOP时可以省略标号
  

FOR LOOP

• FOR LOOP语句格式

  LOOP标号: FOR 循环变量, IN 循环次数范围 LOOP
  	顺序语句
  END LOOP LOOP标号
  

• 关于循环变量

  • 循环变量是一个临时变量，不需要事先定义

  • 属于LOOP的局部变量，因此其中语句不应该再使用与之同名的标识符

  • 循环变量从循环次数范围的初值开始，每执行一次递增1，直到范围最大值

  • 循环次数范围应该以常数表示，否则循环变量将重复任何可能的逻辑值导致硬件消耗过大

WAIT语句

WAIT的基本格式

• 在顺序语句中，当执行到WAIT语句时，运行程序将被挂起，其有四种格式

  WAIT;--表示永远挂起
  WAIT ON 敏感信号表;--信号表中的敏感信号变化将会结束挂起
  --但是，已经列出敏感量的进程中不能使用任何形式的WAIT语句，因此要使用此形式，PROCESS语句后不能有敏感信号表
  WAIT UNTIL 条件表达式;--条件等待语句，相较上一句，其不仅要求表达式中的信号发生改变，还要求信号变化符合条件
  WAIT FOR 时间表达式;--等待一段时间，类似信号赋值的AFTER
  

WAIT UNTIL格式使用

• WAIT ON增加符合条件表达式的限制就成了WAIT UNTIL，它们可以实现一样的功能，但是只有WAIT UNTIL格式能够被综合，其他语句只能在仿真中运行

  WAIT UNTIL en='1';
  --这一句与下面的功能一致
  LOOP
  WAIT ON EN;
  EXIT WHEN EN ='1';
  END LOOP;
  

• wait until语句有三种表达方式

  WAIT UNTIL 信号=value;
  WAIT UNTIL 信号'EVENT AND 信号=value;
  WAIT UNTIL NOT 信号'STABLE AND 信号=value;