VHDL Objekte und Typen

Transkript

1 VHDL Objekte und Typen Dr.-Ing. Matthias Sand Lehrstuhl für Informatik 3 (Rechnerarchitektur) Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg WS 2009/2010 VHDL Objekte und Typen 1/

2 Inhalt Typen Aufzähltypen Numerische Typen Physikalische Typen Abgeleitete Typen Felder Attribute IEEE 1164-Logik Objekte Konstanten Variablen Signale Besonderheiten bei Feldern VHDL Objekte und Typen 2/

3 Typisierung Typenkonzept Beispiel Strenge Typisierung, nur sehr wenige vordefinierte Typen (z.b. real oder integer ), vielfältige Möglichkeiten, neue Datentypen zu definieren. TYPE a u g e n z a h l IS RANGE 1 TO 6 ; VARIABLE w u e f e l : a u g e n z a h l ; VHDL Objekte und Typen 3/

4 Aufzähltypen Eigenschaften Beispiele Endliche Zahl möglicher Werte, Werte sind Bezeichner oder Einzelzeichen ( character), Reihenfolge der Werte bei Deklaration gibt Ordnung vor. B e z e i c h n e r : TYPE zustand IS ( i n i t i a l, running, stopped ) ; Zeichen : TYPE l o g i k 3 IS ( 0, 1, Z ) ; VHDL Objekte und Typen 4/

5 Aufzähltypen (2) Vordefinierte Typen TYPE b o o l e a n IS ( f a l s e, t r u e ) ; TYPE b i t IS ( 0, 1 ) ; TYPE c h a r a c t e r IS (... ) ; 256 Zeichen TYPE s e v e r i t y _ l e v e l IS ( note, warning, e r r o r, f a i l u r e ) ; VHDL Objekte und Typen 5/

6 Numerische Typen Eigenschaften Beispiele Je ein anonymer Basistyp für ganzzahlige und Fließkommatypen, Deklaration durch Angabe der Unter- und Obergrenze, Übernahme des Wertebereichs von anderem Typ möglich. TYPE my_int IS RANGE 0 TO 1 1 ; TYPE my_real IS RANGE DOWNTO 42.0; TYPE d e r _ i n t IS RANGE my_int RANGE; VHDL Objekte und Typen 6/

7 Numerische Typen (2) Vordefinierte Typen TYPE i n t e g e r IS RANGE.. TO.. ; TYPE r e a l IS RANGE.. TO.. ; Besonderheiten Wertebereiche sind Systemabhängig, Mindestbereiche gemäß Standard: integer : von bis , real : von 1.0E38 bis +1.0E38. VHDL Objekte und Typen 7/

8 Physikalische Typen Eigenschaften Beispiel ganzzahliger oder reeller Wertebereich, Basis-Einheit und abgeleitete Einheiten. TYPE l e n g t h IS RANGE 1E9 TO 1E9 UNITS mm; cm = 10 mm; dm = 10 cm ; m = 10 dm; km = 1E3 m; END UNITS; VHDL Objekte und Typen 8/

9 Physikalische Typen (2) Vordefinierter Typ TYPE time IS RANGE... systemabhaengig UNITS f s ; ps = 1000 f s ; ns = 1000 ps ; us = 1000 ns ; ms = 1000 us ; s e c = 1000 ms ; min = 60 s e c ; hr = 60 min ; END UNITS; VHDL Objekte und Typen 9/

10 Abgeleitete Typen Eigenschaften Von bereits deklarierten Typen abgeleitet, im Wertebereich weiter eingeschränkt, nur eine Ableitungsebene möglich, Verknüpfungen mit Basistyp oder anderem abgeleiteten Typ vom selben Basistyp möglich. VHDL Objekte und Typen 10/

11 Abgeleitete Typen (2) Beispiele TYPE a d d r e s s 1 IS RANGE 0 TO 6 3 ; TYPE a d d r e s s 2 IS RANGE 0 TO 127; SUBTYPE add1 IS i n t e g e r RANGE 0 TO 6 3 ; SUBTYPE add2 IS i n t e g e r RANGE 0 TO 127; VARIABLE ta : a d d r e s s 1 ; VARIABLE tb, t c : a d d r e s s 2 ; VARIABLE sa : add1 ; VARIABLE sb, s c : add2 ;... sc := sa + sb ; l e g a l t c := ta + tb ; i l l e g a l!!! VHDL Objekte und Typen 11/

12 Abgeleitete Typen (3) Vordefinierte Typen SUBTYPE n a t u r a l IS i n t e g e r RANGE 0 TO i n t e g e r HIGH ; SUBTYPE p o s i t i v e IS i n t e g e r RANGE 1 TO i n t e g e r HIGH ; SUBTYPE d e l a y _ l e n g t h IS time RANGE 0 f s TO time HIGH ; Das Typenattribut HIGH liefert die obere Grenze des Wertebereichs, LOW analog dazu die untere Grenze. VHDL Objekte und Typen 12/

13 Feldtypen Eigenschaften Beispiele beliebige (?) Zahl von Dimensionen möglich, aus skalaren Basistypen oder Feldern, mit beschränkter oder unbeschränkter Größe. TYPE c o l o r IS ( y e l l o w, red, green, b l u e ) ; TYPE i v e c 1 IS ARRAY ( c o l o r RANGE <>) OF i n t e g e r ; TYPE i v e c 2 IS ARRAY ( red TO b l u e ) OF i n t e g e r ; TYPE i v e c 3 IS ARRAY (255 DOWNTO 0) OF i n t e g e r ; VHDL Objekte und Typen 13/

14 Feldtypen (2) Vordefinierte Typen TYPE s t r i n g IS ARRAY ( p o s i t i v e RANGE <>) OF c h a r a c t e r ; TYPE b i t _ v e c t o r IS ARRAY ( n a t u r a l RANGE <>) OF b i t ; VHDL Objekte und Typen 14/

15 Feldtypen (3) Mehrdimensionale Felder TYPE i n t _ m a t r i x IS ARRAY ( i n t e g e r RANGE 1 TO 3, i n t e g e r RANGE 1 TO 5) OF i n t e g e r ; Abgeleitete Felder SUBTYPE name IS s t r i n g (1 TO 2 0 ) ; SUBTYPE byte IS b i t _ v e c t o r (1 TO 8 ) ; VHDL Objekte und Typen 15/

16 Attribute Eigenschaften Attribute liefern Informationen über ihren Prefix, für praktisch alle VHDL-Elemente sind Attribute definiert, am häufigsten werden die Attribute von Typen, Feldern und Signalen benötigt. VHDL Objekte und Typen 16/

17 Typ-Attribute Typebezogene Attribute Liefern zahlreiche Eigenschaften des Typs, z.b.: LEFT linke Grenze des Typs, RIGHT rechte Grenze des Typs, LOW untere Grenze des Typs, HIGH obere Grenze des Typs, SUCC(x) Nachfolger von x im Typ, PRED(x) Vorgänger von x im Typ, LEFTOF(x) Element links von x im Typ, RIGHTOF(x) Element rechts von x im Typ,... und viele mehr. VHDL Objekte und Typen 17/

18 Typ-Attribute (2) Beispiele TYPE d e s c _ i n t IS RANGE 8 DOWNTO 2 ; TYPE c o l o r s IS ( white, red, y e l l o w, green, b l u e ) ;... a := desc_int LEFT ; a = 8 a := desc_int LOW; a = 2 a := desc_int SUCC ( 4 ) ; a = 5 a := desc_int RIGHTOF ( 4 ) ; a = 3 c := c o l o r s LEFTOF( red ) ; c = w h i t e... VHDL Objekte und Typen 18/

19 Feld-Attribute Feldbezogene Attribute Liefern zahlreiche Eigenschaften eines Feldes, z.b.: LEFT linke Grenze des Feldes, RIGHT rechte Grenze des Feldes, LOW untere Grenze des Feldes, HIGH obere Grenze des Feldes, LENGTH Bereichslänge des Feldes,... und viele mehr. Zusätzlich kann immer noch als Parameter die Dimension angegeben werden, deren Eigenschaft ermittelt werden soll: a LEFT(2) liefert die linke Grenze der 2. Dimension von Feld a. VHDL Objekte und Typen 19/

20 IEEE 1164-Logik Im Package ieee.std_logic_1164 ist der Typ std_logic definiert, der den Erfordernissen der Entwicklung elektronischer Systeme entgegenkommt. Folgende Signalwerte sind deklariert: U uninitialisiert, X treibend unbekannt, 0 treibend 0, 1 treibend 1, Z hochohmig, W schwach unbekannt, L schwach 0 H schwach 1 - Don t care VHDL Objekte und Typen 20/

21 Objektklassen Konstanten Variablen Signale VHDL Objekte und Typen 21/

22 Konstanten Eigenschaften Beispiele Wert ändert sich nie, muss initialisiert werden. CONSTANT d e l a y : time := 12.5 ps ; CONSTANT x0, y0 : i n t e g e r := 4 ; CONSTANT a d d r e s s : b i t _ v e c t o r := b" 1001 _1110 " ; CONSTANT o f f s e t : b i t _ v e c t o r (3 DOWNTO 1) := " 001 " ; VHDL Objekte und Typen 22/

23 Variablen Eigenschaften Beispiele Zeitlich veränderliche Werte, Wert ändert sich sofort bei Zuweisung, nur in Funktionen und Prozeduren empfohlen, fehlt die Initialisierung, wird der LEFT-Wert des Typs verwendet. VARIABLE n1, n2 : n a t u r a l ; d e f a u l t : 0 VARIABLE v : i n t e g e r RANGE 10 TO 1 0 ; d e f a u l t : 10 VARIABLE t h r e s h : r e a l := 1. 4 ; VHDL Objekte und Typen 23/

24 Signale Eigenschaften Wie Variablen, außer: Wert verändert sich nicht sofort nach Zuweisung, zeitverzögerte Zuweisungen möglich, zum Datenaustausch zwischen nebenläufigen Bereichen ( Leitung ) und als Zustandsspeicher (Flip-Flop, Latch). Beispiele SIGNAL f l a g : boolean := t r u e ; SIGNAL s1, s2 : b i t ; d e f a u l t : 0... s1 <= 1 AFTER 5 ns ; VHDL Objekte und Typen 24/

25 Besonderheiten bei Feldern Zugriff CONSTANT c1 : b i t _ v e c t o r (7 DOWNTO 0) := " " ; VARIABLE v1 : b i t _ v e c t o r (7 DOWNTO 0 ) ;... v1 ( 0 ) := c1 ( 1 ) ; v1 = " " VHDL Objekte und Typen 25/

26 Besonderheiten bei Feldern (2) Slices VARIABLE v1, v2 : b i t _ v e c t o r (0 TO 3) := " 1111 " ; CONSTANT c1 : b i t _ v e c t o r := b " 1001 _0111 " ;... v1 := c1 (2 TO 5 ) ; v1 = "0101" v2 := c1 (5 TO 8 ) ; geht n i c h t!!! VHDL Objekte und Typen 26/

27 Besonderheiten bei Feldern (3) Aggregate TYPE i n t _ v e c t o r IS ARRAY (1 TO 8) OF i n t e g e r ; VARIABLE v0, v1, v2, v3, v4 : i n t _ v e c t o r ;... v0 := ( 5, 2, 3, 1, 4, 4, 2, 1 ) ; v1 := (1 => 2, 5 => 3, OTHERS => 0 ) ; v2 := (2 TO 4 => 1, 1 5 TO 8 => 8 ) ; v3 := (1 8 => 2 8, OTHERS => 0 ) ; v4 (1 TO 3) := ( 1, 1, 1 ) ; VHDL Objekte und Typen 27/