VHDL完整形式

VHDL是一种硬件描述语言，也被称为VHSIC硬件描述语言。它是用于硬件设计和仿真的标准语言。本文将介绍VHDL的完整形式，从而帮助程序员了解如何使用VHDL进行硬件设计和仿真。

VHDL语法

VHDL是一种结构化的语言，其语法由关键字、对象和操作符组成。下面是VHDL语法中的一些关键字：

library
use
entity
architecture
component
signal
port
begin
process
if
else
elsif
end

VHDL中的对象包括变量、常量、信号和实体。下面是VHDL对象的声明例子：

signal signal_name : signal_type := default_value;
constant const_name : constant_type := default_value;
variable var_name : variable_type := default_value;

其中，signal是VHDL中表示硬件信号及电子模块之间连接的基本元素。

端口(port)是VHDL中与其他电子模块交互的基本元素。下面是VHDL定义输入端口和输出端口的例子：

entity module_name is
port (
    input_name_1 : in data_type_1;
    input_name_2 : in data_type_2;
    output_name_1 : out data_type_3;
    output_name_2 : out data_type_4
);
end entity module_name;

VHDL中的关键字和对象可以组合使用构建电路元件。下面是一个VHDL例子，其中描述了一个与门的行为。

entity and_gate is
port (
    input_a : in std_logic;
    input_b : in std_logic;
    output_c : out std_logic
);
end and_gate;

architecture behavior of and_gate is
begin
    output_c <= input_a and input_b;
end behavior;

VHDL仿真

VHDL语言可以通过仿真工具进行验证。在仿真过程中，可以测试电路中的信号，以确保电路能够按照预期工作。VHDL仿真先创建一个testbench文件，然后再将模块文件（用entity和architecture进行描述）用作输入。下面是一个VHDL仿真示例：

entity tb_and_gate is
end tb_and_gate;

architecture behavior of tb_and_gate is
signal input_a : std_logic := '0';
signal input_b : std_logic := '0';
signal output_c : std_logic := '0';

component and_gate
    port (
        input_a : in std_logic;
        input_b : in std_logic;
        output_c : out std_logic
    );
end component;

begin
uut: and_gate port map (input_a, input_b, output_c);

stim_proc: process
begin
    input_a <= '0';
    input_b <= '0';
    wait for 10 ns;
    
    input_a <= '1';
    input_b <= '0';
    wait for 10 ns;
    
    input_a <= '0';
    input_b <= '1';
    wait for 10 ns;
    
    input_a <= '1';
    input_b <= '1';
    wait for 10 ns;
    
    wait;
end process stim_proc;

end behavior;

在上述代码中，testbench文件包含了一个与门和一个刺激处理器（stimulus processor）。其中，与门的行为由之前给出的VHDL代码定义。刺激处理器处理了输入信号，并将它们送入与门。仿真器会模拟处理器中的信号并输出结果。

通过仿真，我们可以确认与门的行为是否正确，以及输入信号是否能够正确地控制与门的状态。

总结

VHDL作为硬件描述语言，在控制器、通信、数字信号处理、视频处理等方面都拥有应用，其语法和仿真工具有助于设计和验证硬件系统。在VHDL中，关键字、对象和操作符都是构建电路元件的重要组成部分，模块中的组件通过端口进行互联。VHDL仿真是硬件设计中的重要组成部分，可以验证电路的各个方面的正常运行。