VHDL 运算符及类型转换函数

一. 运算符二. 类型转换函数

李大毛hh

8314人浏览 · 2022-03-06 12:24:33

李大毛hh · 2022-03-06 12:24:33 发布

一、数据类型

1. VHDL标准预先提供，无需添加任何库文件

integer：32位整数类型，范围-2147483647 ~ 2147483646；

signal tmp : integer range 0 to 31;

natural：integer 子类型，非负实数；

定义：subtype NATURAL is INTEGER range 0 to INTEGER'HIGH

positive：integer 子类型，正实数；

定义：subtype POSITIVE is INTEGER range 1 to INTEGER'HIGH

real：实数浮点类型，范围- 1.0E38 ~ + 1.0E38，不可综合，只在仿真平台使用；

bit ：逻辑值，只能取值0，1；vhdl2008版标准定义：type BIT is ('0','1')；

与std_logic的区别是std_logic有九种状态，如在判断上升沿的时候可以体现：

bit：1）if clk’event and clk = ‘1’ then… 2）if rising_edge(clk) then …

std_logic：1）if rising_edge(clk) then …

bit_vector：位矢量，逻辑值的组合；

定义：type BIT_VECTOR is array (NATURAL range <>) of BIT；

boolean：布尔型，取值true，false，定义：type BOOLEAN is (FALSE, TRUE)；

severity level：消息类型，不可综合；

定义：type SEVERITY_LEVEL is (NOTE, WARNING, ERROR, FAILURE);

time：时间物理类型，不可综合，取值称为物理文字包括：1）整数或者浮点类型；

2）单位名称(fs,ps,ns,us,ms,sec,min,hr)

fs是基单位，ps/ns/ms…为导出单位；取值如下：

1 fs --> 注意中间的空格

5 ps --> 5000fs

4.3 ps --> 4300fs

6.4 fs --> 6fs, fs是基单位，所以抹掉小数点

范围-(2^31 - 1) ~ 2^31 – 1 fs

character：字符，256个取值；

string：字符串，区分大小写；

定义：type STRING is array (POSITIVE range <>) of CHARACTER

2. 自定义类型

1. std_logic_1164库定义，使用前必须声明此库的使用，如：

1）std_ulogic：未决断的标准逻辑位，共九种状态;

2）std_logic：已决断的标准逻辑位，共九种状态；

定义：subtype std_logic is resolved std_ulogic;

3）std_logic_vector：标准逻辑位矢量；

定义：type std_logic_vector is array ( NATURAL RANGE <>) of std_logic;

2. numeric_std库定义，使用前必须声明此库的使用，如：

1）signed/unsigned：有/无符号数;

定义：type unsigned is array ( NATURAL range <> ) of std_logic;

注意与std_logic_vector的区别，虽然定义一样，但是表示的意义不一样，如”1001”

std_logic_vector仅仅表示这是四个二进制位的组合;

signed表示有符号数-7(补码)；

unsigned表示无符号数9；

3. 用户自定义

1）一维数组：type value_type is array (7 downto 0) of integer;

type value_type is array (0 to 7) of std_logic_vector(3 downto 0);

type array3 is array(natural range <>) of std_logic_vector(2 downto 0);

signal tmp : array3(7 downto 0);

数组初始化：

1）integer类型：integer_array <= (others => 0);

std_logic_vector类型：std_vector_array <= (others => (others => '0'));

2）使用for循环：

for i in 0 to 1 loop
integer_array(i) <= 0;

std_vector_array(i) <= (others => '0');
end loop;

2）二维数组：type value_type is array (7 downto 0，2 downto 0) of integer; // 8行3列

type value_type is array (7 downto 0，2 downto 0) of std_logic_vector(3 downto 0);

3）枚举类型：type fsm_state is (state0,state1,state2,state3);

4）子类型：subtype digit is integer range 0 to 9; //对已有的类型做约束

Note:

1）std_logic_arith、std_logic_unsigned、std_logic_signed是Synopsys等公司出的扩展库，numeric_std是IEEE标准库文件，如果同时声明这些库的使用会导致unsigned/signed函数重载的冲突，建议只使用numeric_std，其内容可以完全替代std_logic_arith、std_logic_unsigned、std_logic_signed；

2）resolved决断函数的定义是该数据类型是否可由多个驱动器进行驱动，如std_ulogic是未决断的，则其如果由多个驱动器进行驱动则会报错；

二. 运算符

1. 赋值运算

1）<=用于给signal赋值；

2）:= 用于给variable，constant赋值；

2. 逻辑运算：NOT, AND, OR, NAND(与非), NOR(或非), XOR(异或)，XNOR(同或)；

3. 算术运算：+，-，*，/，**(指数)，MOD(取模)，REM(取余)，ABS(绝对值)；

A rem B = A - ( A / B ) * B rem运算符:A/B的运算结果是向0的方向取整；

A mod B = A - ( A / B ) * B mod运算符:A/B的运算结果是向下取整；

示例：5 mod 3 = 2；(-5) mod 3 = 1；5 mod (-3) = -1；(-5) mod (-3) = -2；

5 rem 3 = 2；(-5) rem 3 = -2；5 rem (-3) = 2；(-5) rem (-3) = -2；

4. 比较运算：=(等于)，/=(不等于)，>，<，>=，<=；

5. 并置运算：&

6. 移位运算：

1. 标准预定义，无需导入任何库的使用，仅支持bit_vector和boolean_vector类型；

sll：左移，右边移空位补零，定义：

示例：“1100” sll 1 =“1000”

srl：右移，左边移空位补零，示例：“1100” srl 1 =“0110”

sla：左移，右边第一位的数值保持原值不变，示例：”1001” sla 1 = “0011”

sra：右移，左边第一位的数值保持原值不变，示例：”1001” sra 1 = “1100”

rol：循环左移，示例：”1100” rol 1 = ”1001”

ror：循环右移，示例：”1100” ror 1 = ”0110”

2. numeric_std库定义，需声明该库的使用，仅支持unsigned/signed类型；

shift_left：左移，示例：shift_left(“1100”, 1) = “1000”
shift_right：右移，示例：shift_right(“1011”, 2) = “0010”；

rotate_left：循环左移，示例：rotate_left(“1100”, 1) = “1001”；

rotate_right：循环右移，示例：rotate_left(“1100”, 1) = “0110”；

Note：建议使用numeric_std库定义的移位操作符，标准预定义的在2008之前的版本可能产生奇怪的结果。

	赋值运算	逻辑运算	算数运算	比较运算	并置运算	移位运算sll	移位运算shift_left
integer/ natural/ positive	Y tmp <= 3;	N	Y tmp <= tmp+3;	Y If tmp = 3 then…	N	N	N
bit	Y tmp <= ‘1’;	Y tmp<=tmp or “1”;	N	Y if tmp = ‘1’ then…	Y tmp2 <= tmp & ‘1’;	N	N
bit_vector	Y tmp <= “11”;	Y tmp<=tmp or “11”;	N	Y if tmp = ‘11’ then…	Y tmp2 <= tmp & ‘1’;	Y tmp <= tmp sll 1	N
boolean	Y tmp <= true;	Y tmp<=tmp or true;	N	Y if tmp = true then…	N	N	N
std_logic	Y tmp <= ‘1’;	N	N	Y if tmp = ‘1’ then…	Y tmp2 <= tmp & ‘1’;	N	N
std_logic _vector	Y tmp <= “11”;	Y tmp<=tmp or “11”;	N	Y if tmp = “11” then…	Y tmp2 <= tmp & ‘1’;	N	N
unsigned /signed	Y tmp <= “11”;	Y tmp<=tmp or “11”;	Y tmp <= tmp+3; tmp <= tmp+”11”;	Y if tmp = 3 then… if tmp = “11” then…	Y tmp2 <= tmp & ‘1’;	N	Y tmp <= shift_left(tmp,2);

三、类型转换函数

只介绍std_logic_1164，numeric_std包含的转换函数

	integer	bit	bit_vector	std_logic	std_logic_vector	unsigned/signed
integer	NA	NA	NA	NA	integer<= to_integer(unsigned(tmp));	integer<= unsigned(tmp);
bit	NA	NA	NA	bit<= to_bit(tmp);	NA	NA
bit_vetor	NA	NA	NA	NA	bit_vector<=to_bitvector(tmp);	NA
std_logic	NA	NA	NA	NA	NA	NA
std_logic _vector	①	NA	②	NA	NA	③
unsigned/ signed	④	NA	NA	NA	⑤	NA