VHDL数据对象及其分类

在VHDL中，信号、常数、变量通常称为数据对象，数据对象有确定的物理含义。在VHDL中，数据对象与数据类型是紧密相关的。标准的VHDL数据类型有10种，用户也可以根据需要定义自己需要的数据类型。

数据对象是VHDL中各种运算的载体，而VHDL又是强数据类型语言，不同数据类型之间的数据对象不能直接参与运算，并且VHDL中数据类型非常丰富，因此，能否掌握数据类型及其使用方法，对设计和调试程序至关重要。

1.VHDL中数据的文字规则

（1）数字型文字

●整数文字：整数文字都是十进制数，如10、32、0、34E2（3400）、234_287、（234687）。数字间的下画线仅仅是为了提高文字的可读性，不影响文字本身的数值。

●实数文字（有小数点）：由于目前在CPLD/FPGA的应用中，综合器不支持实数类型，因此，这里就不做介绍了。

（2）以数制基数表示的文字

用这种方式表示的数字由以下5个部分组成：

●十进制数标明数制进位的基数。

●数制隔离符号“#”。

●表达的文字（实际要表达的具体数字）。

●指数隔离符号“#”。

●用十进制表示的指数部分，如果这一部分为0，则可以省略，如下所示。

10#170# --（170）

10#170#E2 --（17000指数形式）

16#FE# --（254）

2#1111_1110# --（254）

8#376# --（254）

16#E#E1 --（E×16）=（224）

（3）字符型文字

字符是用单引号括起来的ASCII字符，可以是数值，也可以是符号或字母，例如，'R'、'a'、'*'、'Z'、'U'、'0'、'n'、'_'、'L'等。可用字符定义一个新的数据类型：

TYPE STD_Ulogicis（'U'，'X'，'0'，'1'，'w'，'L'，'H'，'_'）

（4）字符串

字符串是用双引号括起来的一串字符，如"ENTER"、"BothSandQ"等。字符串在VHDL中主要用来做注释或信息提示。

数字字符串称为矢量，分别代表二进制、八进制、十六进制的数组。如下所示。

B"1_1101_1110" --二进制数数组，9位

O"15" --八进制数数组，6位

X"AB0" --十六进制数数组，12位

注：若以b或b_vector或std_logic_vector赋值时，则可以用二进制、八进制、十六进制，但如果std_logic_vector类型中含有“Z”、“X”、“U”、“_”等值时，只能使用二进制数组方式表示。二进制作为默认的方式一般情况下B可以省略，如B"1_1101_1110"可以直接写成"1_1101_1110"。但在赋值语句中使用十六进制和八进制时，赋值语句两边的信号“位”宽应相等，如果不等则需要用并置操作符“&”补齐。如下所示。

【例4-1】数字字符串的使用。

2.数据对象的使用(www.zuozong.com)

在VHDL中，有信号、常数、变量3种数据对象，它们在VHDL中定义的位置、使用方法和作用范围各不相同，如表4-1所示。

表4-1 VHDL数据对象定义位置和作用范围

（1）常数（constant）

常数在VHDL中是固定的值。所谓常数就是对某一标识符（常数名）赋予一个固定的值。格式如下：

例如：

常数可以在ARCHITECTURE、PACKAGE、ENTITY、PROCESS、FUNCTION、PROCEDURE等说明区域进行定义，并且在定义时就赋初值，常数赋值只能在此进行，常数一旦赋值则不能改变，且所赋的值应和常数所对应的数据类型一致。

（2）变量（variable）

变量只能在进程、函数、过程等顺序语句模块中定义和使用。变量是一个局部量，它的作用范围仅限于该模块，在模块之外该变量是不可见的，因此，不同进程定义并使用同一个变量名称不会发生冲突。变量运算和赋值没有延时效应，赋值立即生效。格式如下：

例如：

其中，Range 0 to 255为约束条件，10为变量的初值。

（3）信号（signal）

信号是电子电路内部硬件连接的抽象表述。它除了没有数据流动的方向说明以外，其他的性质和“端口”概念一致。信号通常在构造体、程序包和实体中说明。格式如下：

例如：

信号和变量的初值是可选项，初值的赋值符号为“：=”，但综合器在VHDL综合时，一般忽略初值。信号的赋值采用代入符“＜=”。

（4）信号与变量的区别

1）说明的位置不同：信号可以在实体、构造体、包集合中说明，变量则在进程、子程序中说明。

2）赋值符号不同：信号为“＜=”，而变量为“：=”。

3）赋值后的结果不同：变量赋值立即生效，因此，在执行下一条语句时，变量的值即为上一句所赋的值。信号的赋值则需经过∆t延时时间后才能有效，因此在顺序语句中如果对同一信号多次赋值，只有最后一次赋值有效。

4）信号在整个构造体内有效，变量只在定义的进程或子程序内有效。如果在进程或子程序之外使用变量的值，需要在退出进程或子程序之前，将变量的值赋给信号。

【例4-2】信号与变量的区别。

运行结果为：x=b+c;y=b+c;

运行结果为：x=b+a;y=b+c;

从上例的运行结果可以看出，变量的赋值立即生效；而在一个进程中如果对信号多次赋值，由于信号无法克服惯性延时，因此，只有最后一次的赋值是有效的，退出进程后，没有别的赋值情况存在，因此，可以克服惯性延时而使赋值生效。