FPGA-VHDL课堂学习笔记*01

FPGA-VHDL课堂学习笔记

记录说明：本文档主要记录大学期间，老师FPGA授课课堂笔记。

代码语言：VHDL

编程软件：MAX+plus II

FPGA硬件：FLE-843

03月05日  理论课

wo先唠点：

　　 FPGA硬件中有百万个逻辑门，我们可以通过编程将各种门组合连接，并将编程下载到FPGA中，以实现设计功能。

编程分为文本编辑和图行编辑，图形编辑就是通过数电逻辑原理图，进行逻辑门间的线路连接。而文本编辑，是通过描

述性代码，将设计者想要实现的功能转换成机器语言，使得FPGA根据机器语言，将内部的各种逻辑门进行搭建，以实现

最终功能。需要注意的是，各种逻辑门的搭建方式完全由FPGA自己优化实现搭建，因而，我们控制的只是去描述下想要

实现的最终功能即可。文本编辑主要由VHDL和Verilog两种，Verilog在工程上用的较多，但是由于其太灵活，有些想要实

现的功能并不能由Verilog语言直接进行描述实现，还需要VHDL来解决。所以，我觉得VHDL和Verilog 的关系就像汇编语

言和C语言的关系一样。不管哪个好，老师教的是VHDL，我的FPGA学习之路就由VHDL开始。但是我觉得在学习了单片

机以后再来学习FPGA的最先要干的事是先把思想从单片机的顺序循环执行调到FPGA的并行运行模式，这样在学习FPGA

时就不会限于原有的惯有思想了。

laoshi课堂：

         以1997年电子设计大赛中题目频率计，说明了FPGA应用的必要性（理解起来有点难，以后再写）：

先介绍MAX+Plus II软件的使用界面：

下载和使用网站： http://www.bokeboke.net/articles/46960.html

1. 打开软件max+plusII

 

双击图标：

2.新建文本文件

 

3.代码结构

　　整体代码包括一个实体和多个结构体（至少一个结构体），代码不区分大小写。以一个二选一数

据选择器为例，介绍代码组成。

实体部分：（代码实体部分在上，结构体部分在下）

entity mux21is     -- entity引导实体开始，mux21是实体名（自定义，要求无汉字，开头非数字，

末与库文件中关键词重复），is固定结构关键词。

port(a,b,s:inbit;    --port定义端口关键词，端口a，b，s是输入端口，bit表示是位数据

            y:out bit);  --端口y是输出端口，位数据类型。有关端口模式和数据类型见tip1.

end entity mux21;  --end entity 实体名，结束实体部分

 

结构体部分：

architecture one ofmux21is       --architecture关键词结构体开始

begin                          --begin关键词开始功能描述

y<=a when s='0' else              --<=是赋值符号，y=a（端口a的值）当端口s为低电平，

b;                          --else，否则y=b（端口b的值）

end;                           --结束结构体

*tip1：

端口描述：

a，b，s，y是端口名，任意取，s是数据选择端，y是输出端，根据s的值选择输出a或b的值；

in，out是端口模式，常用的端口模式有in（单向输入）、out（单向输出）、inout（双向I/O口，

在某一时刻是单向的，其传输方向需要先设置）、buffer（缓冲输出，该模式下有一个反馈信号，

用于检测输出的状态值，常用于计数器等设计）。

数据类型：

         bit表示是位数据，表明其取值范围为0或1；

         常用的数据类型有bit（只有0和1两种状态，较少使用）、std_logic（标准逻辑位，有9种状态)、

bit_vector(位矢量)、std_logic_vector(标准逻辑矢量，可以表示多个数值，比如3 downto 0或0 to 3，

说明有4个数值，每个都是标准逻辑位)、integer（整数型，要限定整数的范围，以便系统提供数据线，

如H:integer range 0 to 99,系统会提供7条线）

并行语句：

         结构体中的语句不想C语言那样具有顺序性的执行，而是不分先后，同时进行的，对于结构体中出

现的条件语句，判断条件时具有顺序性，但在进行赋值时是同时赋值，所以对于一个变量值要考虑其在

同一时刻会被赋予不同值的情况。

4.文本文件存盘及代码输入

在代码输入前，先将文本文件命名后存盘，这样在输入代码时，软件会自动检测关键词，使得其变色，

这样就可以看出来有没有把关键词代码打错了。需要注意，文本文件名是代码中的实体名+后缀.vhd。

 

按照上图，把文本文件设置成工程文件，才能在编写好代码后进行编译。

5.代码编译

若编译后有错误，需要从错误提示的第一条开始更改错误，这个和在学习C语言时的检错是一致的步骤。

 6.仿真波形

在代码编译通过后，进行波形仿真，也就是常见的时序图分析。给输入变量在不同时刻设置初值，

进行软件仿真后，就可以看到输出端的时序逻辑，以判读代码是否达到设计要求。

保存好波形文件后，首先对时序仿真信号的总时间[End time]进行设定，默认值太小，根据需要设置放置的长度：

设置好仿真时间段后，对输入端s/a/b不同时刻进行赋值：

按照上述方法，对不同时间段的a/b端口依次赋值：

对输入端口赋完初值后，就可以进行仿真：

到此仿真结束。