1、VHDL中Loop動態條件的可綜合轉化摘要：論述VHDL中Loop語句動態表達式的可綜合性問題，提出三種解決方法：直接代入法、邊界擴充法和計數器法，并對比這三類方法的適用性。     關鍵詞：VHDL Loop動態條件 綜合子集 直接代入法 邊界擴充法 計數器法引言VHDL是一種硬件描述語言，于1983年被IEEE制定為國際標準IEEE1076。近年來國內引進和出版了不少教材，使其在國內得到迅速推廣。由于VHDL最初目的是為了實現硬件的建模而被提出的，所以其措施能力超越了數字邏輯集成電路的范圍。而現有的EDA工具基本上只能支持VHDL的子集，特別是針對FPGA/C

2、PLD器件進行的不同的綜合工具，其綜合子集并非統一，不少初學者很難掌握。即使是部分有經驗的設計者，對于通常高級語言中都會涉及的循環語句，在VHDL中往往也不能運用自如，甚至無法表達此類邏輯，從而限制了VHDL的應用水平。例如，VHDL的并行堆排序描述就是一個比較典型的例子。該實例十分類似通常數據結構的描述，推廣前景誘人；但只能通過仿真，卻不能在目前任何一個EDA工具進行綜合，導致無實用價值。本文從高級語言涉及最多的Loop語句出發，討論如何在VHDL中解決這類問題。1 無法綜合的Loop動態條件VHDL中Loop表達式有三種體現形式：WhileLoop、ForLoop和單獨的Loop語句。它還

3、支持Next、Exit和標號，因此，循環語句的表達能力大于常規的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 loopMyList(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：&

4、quot;H：.vhd"|for loops with unbound ranges should contain w wait statement即使部分優秀的綜合工具，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條例表達式。ORCAD Express將給出表達式不可靜態計算的錯誤提示。.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，初學者往往不能解決好此類問題，從而使學習陷入困境，無法

5、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，可以用循環的綜合機制轉化為相應的語句。例如下面代碼：for I in 0 to 1 loopOut_Bus(i)<=In_Bus(i)；End loop；其對應綜合后的電路見圖1。相應的，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 thenMyList(2):=MyList(1);J:=1;End if;MyLi

6、st(J):=Temp;J:=3;Temp:=MyList(3);If(MyList(2)<Temp thenMyList(3):=MyList(2);J:=2;End if;If(MyList(1)<Temp thenMyList(2):=MyList(1);J:=1;End if;MyList(J):=Temp;然而，這種使用方法要求設計者清楚循環條件一定會執行的次數，否則將無法實施。當循環次數比較大時，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充法。3 邊界擴充法邊界擴充法是指在邊界未定時，可以將邊界定為最大可能的范圍，即用靜態表達來替代。例如程序1的代碼可以改寫

7、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 loopExit out_loop when I>MyLen; -MyLen為變量Temp:=MyList(I);countj:=I;inter_loop:for j in I downto 2 loopcountj:=j;exit inter_loop when MyList(j-1)<Temp; -退出循環MyList(j):=MyList(j-1);End loop;MyList(countj):=Temp;End loop;盡

8、管這種方法可以處理未知邊界和未定表達式的情況，但十分消耗空間，特別是當MyLen相對MAX比較小的時候，代價非常大。此時，可以利用時間換空間的方法進行轉換。圖1 For語句的綜合示例4 計數器法計數器法是指引入時鐘和計數器，用計數器對邊界條件進行控制，也可以將動態表達式直接代入轉化相應的靜態表達式。例如，上述代碼的For條件可以用下列代碼替換：if(Reset='1')thenI:=2;Elsif clk='1'and clk'event thenTemp:=MyList(I);J:=2;While(j>1)and MyList(j-1)<Temp loopMyList(j):=MyList(j-1);j:=j-1;End loop;MyList(j):=Temp;I:=(I+1);If(I=MyLen+1)then I:=2;end if;End if;相比原來的代碼，引入了1個時鐘和1個復位。但綜合開銷最大的循環語句卻被取代了，因此，綜