【Espier FPGA VHDL学习帖】第20帖 引入寄存器

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【Espier FPGA VHDL学习帖】第20帖 引入寄存器技巧

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首先需要复习几个知识点：

第一：Signal与variablel

第二：wait语句

WAIT；-- 第一种语句格式（永远挂起）
WAIT ON 信号表；-- 第二种语句格式 （信号发生变化将结束挂起）
WAIT UNTIL 条件表达式；-- 第三种语句格式（条件表达式中的信号发生变化切满足条件是结束挂起）
WAIT FOR 时间表达式；-- 第四种语句格式， 超时等待语句（时间到结束挂起）

第三：操作符

VHDL有四类操作符：逻辑操作符、关系操作符、算术操作符、符号操作符

逻辑操作符 and or nor nand xor xnor not

如果在一个表达式中有两个以上算符，需要使用括号将这些运算分组，如果这一串运算符相同，且是AND\XOR\OR中的一种，则不需要使用括号。

其次：

高效的可综合电路的设计要求是：在么有必要时应尽量避免在电路中插入寄存器，否则既影响电路的工作速度，又占用不必要的硬件资源。

寄存器的引入通过使用WAIT和IF语句测试敏感信号边沿来实现的。

注意

(1)  一个进程中只能引入一种类型的寄存器，分为锁存器、有异步置位或复位的锁存器、触发器、有异步复位或同步置位的触发器。

(2)  引入寄存器的优选语句应该是IF语句，因为IF语句更容易控制寄存器的引入。

(3)  不要将用于产生寄存器的赋值语句放在IF（边沿）语句的ELSE条件的分支上，但可以放在ELSIF语句上。

(4)  在IF THEN或IF_THEN_ELSE语句中，只能存在一个边沿测试描述分句。也就是说一个进程综合得到的电路只能受控于一个时钟信号，并且一个同步逻辑模块（包括异步进程）

实例：

and_b<= count(2) and count(1)and count(0);

       or_b <=count(2) or count(1)or count(0);

       nor_b <=count(2) xor count(1)xor count(0);

       为了避免引入过多的寄存器，可将这3个输出赋值语句放在另一个没有WAIT或IF语句的进程中。

硬件描述语言：

BEGIN

       Process

       --variablecount:std_logic_vector(2 downto 0);

       begin

       wait untilclock'event and clock='1';

       if(rst='1')then

              --count:="000";

              count<="000";

       else

       --count:=count+1;

              count<=count+1;

       end if;

       --and_b <=count(2) and count(1)and count(0);

       --or_b <=count(2) or count(1)or count(0);

       --nor_b <=count(2) xor count(1)xor count(0);

       end process;

       process(count)

       begin

       and_b <=count(2) and count(1)and count(0);

       or_b <=count(2) or count(1)or count(0);

       nor_b <=count(2) xor count(1)xor count(0);

       end process;

END arch;

查看结果

and_b<= count(2) and count(1)and count(0);

       or_b <=count(2) or count(1)or count(0);

       nor_b <=count(2) xor count(1)xor count(0);

3个赋值语句放在WAIT语句的进程中。

优化前：

引入寄存器+组合电路：

将这3个输出赋值语句放在另一个没有WAIT或IF语句的进程中。

可见：如果要描述一个组合电路与时序电路混合的系统，可以将描述时序的部分放在具有边沿检测条件的IF语句或者WAIT语句的进程中，而将描述组合电路的语句放在普通的进程中，这样可以有效地控制寄存器的引入。

(本帖内容摘于潘松老师的《VHDL使用教程》)