VHDL 运算符及类型转换函数_vhdl中的positive

一、数据类型

   1. VHDL标准预先提供，无需添加任何库文件

      integer：32位整数类型，范围-2147483647 ~ 2147483646；

                       signal  tmp   : integer range 0 to 31;

      natural：integer 子类型，非负实数；

                     定义：subtype NATURAL is INTEGER range 0 to INTEGER'HIGH

      positive：integer 子类型，正实数；

                      定义：subtype POSITIVE is INTEGER range 1 to INTEGER'HIGH

      real：实数浮点类型，范围- 1.0E38 ~ + 1.0E38，不可综合，只在仿真平台使用；

      bit ：逻辑值，只能取值0，1；vhdl2008版标准定义：type BIT is ('0','1')；

                与std_logic的区别是std_logic有九种状态，如在判断上升沿的时候可以体现：

                    bit：1）if clk’event and clk = ‘1’ then…   2）if rising_edge(clk) then …

                    std_logic：1）if rising_edge(clk) then …

      bit_vector：位矢量，逻辑值的组合；

                        定义：type BIT_VECTOR is array (NATURAL range <>) of BIT；

      boolean：布尔型，取值true，false，定义：type BOOLEAN is (FALSE, TRUE)；

      severity level：消息类型，不可综合；

                        定义：type SEVERITY_LEVEL is (NOTE, WARNING, ERROR, FAILURE);

      time：时间物理类型，不可综合，取值称为物理文字包括：1）整数或者浮点类型；

                                                                                            2）单位名称(fs,ps,ns,us,ms,sec,min,hr)

              fs是基单位，ps/ns/ms…为导出单位；取值如下：

              1 fs --> 注意中间的空格

              5 ps --> 5000fs

              4.3 ps --> 4300fs

              6.4 fs --> 6fs, fs是基单位，所以抹掉小数点

              范围-(2^31 - 1) ~ 2^31 – 1 fs

      character：字符，256个取值；

      string：字符串，区分大小写；

                定义：type STRING is array (POSITIVE range <>) of CHARACTER

2. 自定义类型

    1. std_logic_1164库定义，使用前必须声明此库的使用，如：                                       

        1）std_ulogic：未决断的标准逻辑位，共九种状态;                                                        

        2）std_logic：已决断的标准逻辑位，共九种状态；

                                定义：subtype std_logic is resolved std_ulogic;                                           

       3）std_logic_vector：标准逻辑位矢量；

                定义：type std_logic_vector is array ( NATURAL RANGE <>) of std_logic;                    

    2. numeric_std库定义，使用前必须声明此库的使用，如：

      1）signed/unsigned：有/无符号数;

                                        定义：type unsigned is array ( NATURAL range <> ) of std_logic;

            注意与std_logic_vector的区别，虽然定义一样，但是表示的意义不一样，如”1001”

           std_logic_vector仅仅表示这是四个二进制位的组合;

           signed表示有符号数-7(补码)；

           unsigned表示无符号数9；

   3. 用户自定义

        1）一维数组：type value_type is array (7 downto 0) of integer;

                                type value_type is array (0 to 7) of std_logic_vector(3 downto 0); 

                               type   array3  is array(natural range <>) of std_logic_vector(2 downto 0);

                               signal tmp : array3(7 downto 0);

                                数组初始化：

                                1）integer类型：integer_array <= (others => 0);

                                     std_logic_vector类型：std_vector_array <= (others => (others => '0'));

                                2）使用for循环：

                                                for i in 0 to 1 loop
                                                     integer_array(i) <= 0;  

                                                     std_vector_array(i) <= (others => '0');
                                                end loop;

         2）二维数组：type value_type is array (7 downto 0，2 downto 0) of integer;  // 8行3列

                      type value_type is array (7 downto 0，2 downto 0) of std_logic_vector(3 downto 0);

        3）枚举类型：type fsm_state is (state0,state1,state2,state3);

        4）子类型：subtype digit is integer range 0 to 9;  //对已有的类型做约束

Note:

        1）std_logic_arith、std_logic_unsigned、std_logic_signed是Synopsys等公司出的扩展库，numeric_std是IEEE标准库文件，如果同时声明这些库的使用会导致unsigned/signed函数重载的冲突，建议只使用numeric_std，其内容可以完全替代std_logic_arith、std_logic_unsigned、std_logic_signed；

         2）resolved决断函数的定义是该数据类型是否可由多个驱动器进行驱动，如std_ulogic是未决断的，则其如果由多个驱动器进行驱动则会报错；

二. 运算符

1. 赋值运算

        1）<=用于给signal赋值；

        2）:= 用于给variable，constant赋值；

2. 逻辑运算：NOT, AND, OR, NAND(与非), NOR(或非), XOR(异或)，XNOR(同或)；               

3. 算术运算：+，-，*，/，**(指数)，MOD(取模)，REM(取余)，ABS(绝对值)；

        A rem B = A - ( A / B ) * B rem运算符:A/B的运算结果是向0的方向取整；

        A mod B = A - ( A / B ) * B mod运算符:A/B的运算结果是向下取整；

       示例：5 mod 3 = 2；(-5) mod 3 = 1；5 mod (-3) = -1；(-5) mod (-3) = -2；

                  5 rem 3 = 2；(-5) rem 3 = -2；5 rem (-3) = 2；(-5) rem (-3) = -2；

4. 比较运算：=(等于)，/=(不等于)，>，<，>=，<=；

5. 并置运算：&

6. 移位运算：

  1. 标准预定义，无需导入任何库的使用，仅支持bit_vector和boolean_vector类型；

         sll：左移，右边移空位补零，定义：

             示例：“1100” sll 1 =“1000”

         srl：右移，左边移空位补零，示例：“1100” srl 1 =“0110”

         sla：左移，右边第一位的数值保持原值不变，示例：”1001” sla 1 = “0011”

         sra：右移，左边第一位的数值保持原值不变，示例：”1001” sra 1 = “1100”

         rol：循环左移，示例：”1100” rol 1 = ”1001”

         ror：循环右移，示例：”1100” ror 1 = ”0110”

 2. numeric_std库定义，需声明该库的使用，仅支持unsigned/signed类型；

         shift_left：左移，示例：shift_left(“1100”, 1) = “1000”
         shift_right：右移，示例：shift_right(“1011”, 2) = “0010”；

         rotate_left：循环左移，示例：rotate_left(“1100”, 1) = “1001”；

         rotate_right：循环右移，示例：rotate_left(“1100”, 1) = “0110”；

Note：建议使用numeric_std库定义的移位操作符，标准预定义的在2008之前的版本可能产生奇怪的结果。

三、类型转换函数

只介绍std_logic_1164，numeric_std包含的转换函数

①：std_logic_vector<=std_logic_vector(to_unsigned(tmp,N));

②：std_logic_vector<=to_stdlogicvector(tmp);

③：std_logic_vector<=std_logic_vector(tmp);

④：unsigned<=to_unsigned(tmp,N);

⑤：unsigned<=unsigned(tmp);

N为对应比特数；