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第1章 绪论1

1.1VHDL概述1

1.1.1硬件描述语言的诞生1

1.1.2 HDL语言的种类2

1.1.3 VHDL语言的特点3

1.1.4 VHDL语言的优势4

1.2 VHDL语言设计环境4

1.2.1设计工具4

1.2.2仿真工具6

1.3 VHDL语言设计实现7

1.4 VHDL语言课程教学建议9

1.4.1课时安排9

1.4.2实验9

1.5小结11

1.6习题11

第2章 VHDL语言的词法基础12

2.1对象12

2.1.1对象的声明与初始化12

2.1.2常量12

2.1.3变量13

2.1.4信号14

2.1.5文件14

2.1.6对象的隐式创建15

2.2词法元素15

2.2.1数字15

2.2.2字符、字符串及位串16

2.2.3分隔符17

2.2.4标识符和保留字17

2.2.5注释19

2.3数据类型19

2.3.1类型与子类型20

2.3.2标量类型20

2.3.3复合类型23

2.3.4存取类型25

2.3.5文件类型25

2.3.6隐含类型25

2.3.7 IEEE标准类型26

2.3.8类型转换27

2.4运算操作符28

2.4.1逻辑运算符28

2.4.2关系运算符29

2.4.3移位运算符30

2.4.4并置运算符31

2.4.5算术运算符31

2.4.6状态运算符31

2.4.7运算符的优先级32

2.5小结32

2.6习题33

第3章VHDL语言的程序结构34

3.1实体35

3.1.1类型说明部分36

3.1.2端口说明部分36

3.1.3实体说明部分38

3.1.4实体语句部分38

3.2结构体38

3.2.1结构体名39

3.2.2结构体说明部分39

3.2.3结构体语句40

3.2.4进程语句40

3.2.5模块语句45

3.3子程序49

3.3.1过程语句49

3.3.2函数语句51

3.3.3 RETURN语句53

3.4 VHDL程序设计风格54

3.4.1结构体的行为描述法54

3.4.2结构体的数据流描述法55

3.4.3结构体的结构化描述法56

3.5小结57

3.6习题57

第4章 VHDL的语法基础58

4.1并行语句与顺序语句58

4.2变量赋值语句与信号代入语句59

4.2.1变量赋值语句60

4.2.2信号代入语句61

4.3条件分支语句与循环语句64

4.3.1 IF语句64

4.3.2 CASE语句67

4.3.3 LOOP语句68

4.3.4 NULL语句71

4.4元件与模块的复用71

4.4.1元件声明与调用71

4.4.2参数传递子句与参数映射71

4.4.3 I/O端口子句与端口映射73

4.4.4生成语句74

4.5调试77

4.5.1 REPORT语句77

4.5.2断言语句77

4.6小结78

4.7习题78

第5章 VHDL程序设计基础79

5.1层次化设计方法79

5.2元件库79

5.2.1库的概念及语法79

5.2.2库的分类80

5.2.3构造元件81

5.2.4程序打包87

5.2.5构建元件库88

5.2.6元件的调用88

5.3配置89

5.3.1默认连接和默认配置90

5.3.2块配置92

5.3.3元件的配置94

5.3.4配置中的端口映射与参数传递96

5.3.5多层配置100

5.4可见性100

5.4.1声明的可见性100

5.4.2 USE语句101

5.4.3变量共享101

5.5重载102

5.5.1函数重载102

5.5.2运算符重载105

5.6别名106

5.7程序包107

5.7.1程序包声明108

5.7.2程序包体109

5.7.3常用程序包110

5.8文本I/O操作116

5.8.1文本类型定义116

5.8.2文件访问过程定义117

5.8.3 TEXTIO程序包的语法117

5.8.4 TEXTIO程序包的内容118

5.8.5 TEXTIO程序包的调用119

5.9小结121

5.10习题122

第6章 VHDL程序设计实践123

6.1组合逻辑设计123

6.1.1门电路123

6.1.2编码器的设计124

6.1.3译码器的设计126

6.1.4加法器的设计128

6.2时序逻辑电路设计129

6.2.1时钟信号的VHDL描述方法130

6.2.2时序电路中复位信号Reset的VHDL描述方法132

6.3触发器的设计133

6.3.1 D触发器133

6.3.2带异步复位的D触发器134

6.4寄存器的设计136

6.4.1 8位通用寄存器136

6.4.2串入/串出移位寄存器136

6.5计数器的设计138

6.5.1同步计数器138

6.5.2可逆计数器139

6.5.3具有数据加载和进位控制接口的同步计数器140

6.6状态机的设计142

6.6.1 Moore型状态机的设计143

6.6.2状态机的建立过程144

6.6.3状态机的复位145

6.6.4状态机信号输出方法150

6.6.5 Mealy型状态机的设计155

6.6.6容错状态机的设计155

6.7微处理器设计157

6.7.1微处理器设计的任务157

6.7.2精简指令集计算机157

6.7.3 URISC处理器设计160

6.7.4 4位微处理器设计164

6.7.5构造微处理器基本元件166

6.7.6 4位微处理器的顶层设计174

6.8小结175

6.9习题176

第7章 VHDL仿真与测试177

7.1概述177

7.1.1 ModelSim的主要特点177

7.1.2 ModelSim的操作步骤179

7.1.3 ModelSim的操作实例180

7.2用VHDL编写testbench182

7.2.1简单的testbench182

7.2.2八进制计数器测试平台设计184

7.3激励信号187

7.3.1具有独立激励源的testbench188

7.3.2用TextIO输入激励信号190

7.4用EDA工具生成testbench194

7.5小结196

7.6习题196

第8章 VHDL标准程序接口197

8.1VHPI概述197

8.1.1 VH PI的应用197

8.1.2 VHPI的功能198

8.1.3 VHPI命名规则199

8.1.4 VHPI句柄199

8.2类继承层次和VHPI信息模型200

8.2.1类继承层次201

8.2.2 VHPI信息模型201

8.3 VHPI访问函数202

8.3.1信息访问函数202

8.3.2属性访问函数203

8.4 VH PI工具运行204

8.4.1注册阶段205

8.4.2分析阶段208

8.4.3解释阶段208

8.4.4初始化阶段209

8.4.5仿真阶段209

8.4.6保存阶段209

8.4.7重启阶段210

8.4.8重置阶段210

8.4.9终止阶段211

8.5 VHPI回调211

8.5.1回调函数212

8.5.2回调方法与回调属性213

8.5.3回调原因214

8.6 VHPI数值访问和更新221

8.6.1数值结构和类型221

8.6.2读取对象数值224

8.6.3格式化224

8.6.4更新对象值225

8.6.5驱动事务调度229

8.7 VHPI应用举例230

8.7.1概述230

8.7.2构建VHPI应用230

8.7.3使用V HPI231

8.7.4 VHPI实例233

8.8小结235

8.9习题236

第9章 IP复用与SoC设计237

9.1概述237

9.2 IP模块的设计238

9.2.1硬IP模块设计239

9.2.2软IP模块设计240

9.2.3 IP模块的封装240

9.2.4 IP模块的复用241

9.3 SoC芯片设计242

9.3.1 SoC的设计基础242

9.3.2 SoC的应用设计244

9.3.3 SoC的芯片实现244

9.3.4 SoC的芯片测试245

9.4基于IP的SoC设计（1）——嵌入式微处理器系统246

9.5基于IP的SoC设计（2）——网络多核处理器实现255

9.6基于IP的SoC设计（3）——万兆网络收发器仿真265

9.7小结288

9.8习题288

参考文献289

附录A VHPI类的继承层次290

附录B VHPI函数参考294