來源：單片機(jī)及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 作者：朱國魂 周 婭摘要：論述vhdl中l(wèi)oop語句動態(tài)表達(dá)式的可綜合性問題，提出三種解決方法：直接代入法、邊界擴(kuò)充法和計數(shù)器法，并對比這三類方法的適用性。

關(guān)鍵詞：vhdl loop動態(tài)條件 綜合子集 直接代入法 邊界擴(kuò)充法 計數(shù)器法

引言vhdl是一種硬件描述語言，于1983年被ieee制定為國際標(biāo)準(zhǔn)ieee1076。近年來國內(nèi)引進(jìn)和出版了不少教材，使其在國內(nèi)得到迅速推廣。由于vhdl最初目的是為了實(shí)現(xiàn)硬件的建模而被提出的，所以其措施能力超越了數(shù)字邏輯集成電路的范圍。而現(xiàn)有的eda工具基本上只能支持vhdl的子集，特別是針對fpga/cpld器件進(jìn)行的不同的綜合工具，其綜合子集并非統(tǒng)一，不少初學(xué)者很難掌握。即使是部分有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計者，對于通常高級語言中都會涉及的循環(huán)語句，在vhdl中往往也不能運(yùn)用自如，甚至無法表達(dá)此類邏輯，從而限制了vhdl的應(yīng)用水平。例如，vhdl的并行堆排序描述就是一個比較典型的例子。該實(shí)例十分類似通常數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的描述，推廣前景誘人；但只能通過仿真，卻不能在目前任何一個eda工具進(jìn)行綜合，導(dǎo)致無實(shí)用價值。

本文從高級語言涉及最多的loop語句出發(fā)，討論如何在vhdl中解決這類問題。

1 無法綜合的loop動態(tài)條件vhdl中l(wèi)oop表達(dá)式有三種體現(xiàn)形式：while……loop、for……loop和單獨(dú)的loop語句。它還支持next、exit和標(biāo)號，因此，循環(huán)語句的表達(dá)能力大于常規(guī)的c或pascal語言。程序1是利用for語句和while語句描述插入算法的部分代碼。

程序1 不可綜合的vhdl循環(huán)語句

……

for i in 2 to length loop ---length為一個變量

temp:=mylist(i)；

j：=i；

while(j>1)and mylist(j-1)<temp loop

mylist(j):=mylist(j-1);

j:=j-1;

end loop;

mylist(j):=temp；

end loop;

……

對于第一個for語句，eda工具synplify綜合時將會給出無邊界的范圍錯誤提示。

@e："h：.vhd"|for loops with unbound ranges should contain w wait statement

即使部分優(yōu)秀的綜合工具，例如orcad express、mentor grpahs quickhdl等能夠綜合第一個for語句，也無法支持第二個while條例表達(dá)式。orcad express將給出表達(dá)式不可靜態(tài)計算的錯誤提示。

..vhd(45):error,expression does not evaluate to a constant.

由于程序1在c程序員看來是沒有問題的，因此，初學(xué)者往往不能解決好此類問題，從而使學(xué)習(xí)陷入困境，無法充分利用vhdl來表述邏輯。

2 直接代換法對于第一類無邊界的范圍錯誤問題，可以用循環(huán)的綜合機(jī)制轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的語句。例如下面代碼：

for i in 0 to 1 loop

out_bus(i)<=in_bus(i)；

end loop；

其對應(yīng)綜合后的電路見圖1。

相應(yīng)的，也可以用下列語句直接代入代換：

out_bus(0)<=in_bus(0);

out_bus(1)<=in_bus(1)；

程序1可以采用下列vhdl代碼表示：

k:=2；

temp:=mylist(2);

if(mylist(1)<temp then

mylist(2):=mylist(1);

j:=1;

end if;

mylist(j):=temp;

j:=3;

temp:=mylist(3);

if(mylist(2)<temp then

mylist(3):=mylist(2);

j:=2;

end if;

if(mylist(1)<temp then

mylist(2):=mylist(1);

j:=1;

end if;

mylist(j):=temp;

……

然而，這種使用方法要求設(shè)計者清楚循環(huán)條件一定會執(zhí)行的次數(shù)，否則將無法實(shí)施。當(dāng)循環(huán)次數(shù)比較大時，代碼編寫工作量將十分龐大，因此可以采用第二種方法——邊界擴(kuò)充法。

3 邊界擴(kuò)充法邊界擴(kuò)充法是指在邊界未定時，可以將邊界定為最大可能的范圍，即用靜態(tài)表達(dá)來替代。例如程序1的代碼可以改寫為：

constant max:integer=100; --max必須大于mylen所有可能的取值

……

out_loop:for i in 2 to max loop

exit out_loop when i>mylen; --mylen為變量

temp:=mylist(i);

countj:=i;

inter_loop:for j in i downto 2 loop

countj:=j;

exit inter_loop