一、VHDL简介
VHDL
VHDL（Very High Speed Hardware Description Language)超高速硬件描述语言。VHDL是工业标准的文本格式语言，支持仿真和综合，是一种并发执行的语言。VHDL支持结构化设计和TOP-DOWN设计方法。其描述与工艺无关，支持多风格的描述方法。
VHDL的历史：
- 1982年，诞生于美国国防部赞助的VHSIC（Very High Speed Integrated Circuit）项目。
- 1987年底，VHDL被IEEE和美国国防部确认无标准硬件描述语言，即IEEE-1076(简称87版)
- 1993年，IEEE对VHDL进行了修订，共不了新版本的VHDL，即IEEE标准的1076-1993（1164）版
- 1996年，IEEE-1076.3成为VHDL综合标准。
VHDL的基本设计单元
- Library和Package（库和程序包）
--库主要存放已经编译过的实体、结构体、程序包和配置;
--程序包主要用来存放各个设计都能共享的数据类型、子程序说明、属性说明、元件说明等部分。 - Entity（实体）--用来说明模型的外部特征
- Architecture（结构体/构造体）--来定义模型的功能
- Configuration（配置）--将实体和它的结构体联系起来
<center>
<img src="./assert/VHDL的基本设计单元.jpg">
<p>图1.VHDL的基本设计单元</p>
</center>
VHDL基本设计单元（例子）
例：用VHDL语言设计一个2选1的数据选择器
--实体声明
entity mux21 is
port(a,b:in bit;--输入-数据（bit类型)s:in bit;--输入-选择信号（bit类型)y:out bit--输出（bit类型));
end entity mux21;
--结构体（实体内部逻辑）
architecture one of mux21 is
signal d,e:bit;--临时中间变量
begin
d<=a and (not s); --左边三行可以用下面的语句代替。
e<= b and s; --y<= a when s=’0’ else
y<= d or e; -- b;
end architecture one;
二、VHDL结构
库和程序包
-
库
库是专门用于存放预先编译好的程序包的地方，对应一个文件目录，程序包的文件就放在此目录中，其功能相当于共享资源的仓库，所有已完成的设计资源只有存入某个“库”内才可以被其他实体共享。库的说明总是放在设计单元的最前面，表示该库资源对以下的设计单元开放。库语句格式如下：
LIBRARY 库名 ;
常用的库有IEEE库、STD库和WORK库:- IEEE库：是VHDL设计中最常用的资源库，包含IEEE标准的STD_LOGIC_1164、NUMERIC_BIT、NUMERIC_STD以及其他一些支持工业标准的程序包。其中最重要和最常用的是STD_LOGIC_1164程序包，大部分程序都是以此程序包中设定的标准为设计基础。
- STD库：是VHDL的标准库，VHDL在编译过程中会自动调用这个库，所以使用时不需要用语句另外说明。
- WORK库：是用户在进行VHDL设计时的现行工作库，用户的设计成果将自动保存在这个库中，是用户自己的仓库，同STD库一样，使用该库不需要任何说明。
-
程序包
程序包是用VHDL语言编写的一段程序，可以供其他设计单元调用和共享，相当于公用的“工具箱”，各种数据类型、子程序等一旦放入了程序包，就成为共享的“工具”，类似于C语言的头文件，使用它可以减少代码的输入量，使程序结构清晰。在一个设计中，实体部分所定义的数据类型、常量和子程序可以在相应的结构体中使用，但在一个实体的声明部分和结构体部分中定义的数据类型、常量及子程序却不能被其他设计单元使用。因此，程序包的作用是可以使一组数据类型、常量和子程序能够被多个设计单元使用。
程序包分为包头和包体两部分。包头（也称程序包说明）是对包中使用的数据类型、元件、函数和子程序进行定义，其形式与实体定义类似。包体规定了程序包的实际功能，存放函数和过程的程序体，而且还允许建立内部的子程序、内部变量和数据类型。包头、包体均以关键字PACKAGE开头。程序包格式如下。--包头格式： PACKAGE 程序包名 IS [包头说明语句] END 程序包名;