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我对VHDL的延时理解

2017年02月11日 13:38 次阅读

1。VHDL中的delta延时大于零,但小于任何指定的延时(指定的延时包括after指定的惯性延时和transport指定的传输延时)。因此,在一个确定的仿真时刻t,开启有限多个仿真周期(即一个delta延时)不会使仿真时刻向前推进,就是说不论有多少个delta延时,都认为是在t时刻。为什么能够这样认为呢,请看2。

2。在具体硬件中,进程是并行发生的,也就是说,数据总是不断的流进各个模块,模块间不会有先来后到。因此在一个时刻t,会同时有多个事件发生。但是仿真软件是在PC机上用C语言之类的串行机制实现的,所以就必须在串行机制下尽可能准确地仿真并行事件的发生。怎么办呢,就出现了delta延时的模型。在一个仿真周期(即一个delta延时)里,仿真器串行的处理各个事件,但我们把这个仿真周期看成一个整体认为这些事件宏观上是并行的。既然是并行的,就理所当然地认为还是在t时刻了。

3。一个process只要在时刻t它的敏感表中有事件发生,就开启一个仿真周期。一个仿真周期里,可以同时有多个process被激活,就看敏感表中是不是有事件。但是对于一个进程,不管它有多长,只要其中没有after 之类的具体时间延时,就认为需要花费一个delta延时完成,也就是说它的结果是在delta之后才更新的(可以理解成立刻算出来,但是等到delta之后才更新)。如果它的输出在delta后更新完又触发了另外一个process,那么就再开一个仿真周期,再花费delta执行。由1可知,不管开了多少个delta,都认为在时刻t并行发生。但是注意,一旦哪个进程中有after了,就认为新值在after指定时间更新,不考虑delta。

4。举个例子。

(i)下面两行在一个architecture中:

Z <= X+Y;--(1)

A <= Z+B;--(2)

这样两句话可以看成两个进程。现在的时刻为t1,此时X变化了,好,激活了(1),开一个仿真周期,立即计算Z=X+Y,但是要等到delta延时后Z的值更新。由于Z的值发生了变化,又激活了(2),好,再开一个仿真周期,算出A=Z+B,再等delta后A的值更新。因此,无论(1)(2)先写谁,都是这样的过程,总共花费2delta(还属于TI时刻)。

(ii)上面我们假设了X变化时B没有变。假如X变化时B也变化了,这时开一个仿真周期,在这个周期里(1)(2)同时被激活,Z和A的值同时计算(当然仿真器具体实现时有先后,但在delta内认为并行),等待delta后,Z和A同时更新,但一定要注意,这时的A值是利用Z更新前的值计算的。之后,Z的变化再次激活(2),这时计算的A就是用更新后的Z了,但是要再等待delta,A值才更新为最后的结果。和(i)对比,结果相同,时间花费也相同,都是2delta。

(iii)假如把(1)改成Z <= X+Y after 2ns,(2)不变,那么t1时刻X变化后,就认为在t1+2ns时刻Z值更新,不考虑delta延时。之后,再过delta延时A值更新。所以总花费变为delta+2ns.

(iv)假如(1)(2)是在一个process中,那么情况是这样的。由于在一个process里只开一个仿真周期,所以(1)(2)总是在一个delta里完成,因此无论(1)(2)先写谁,最终的A值是利用Z的旧值计算的,就会出现错误的结果。这一点一定要注意。这也是为什么在一个process里给一个信号多次赋值,只会得到最后一个赋值的结果。因为每一次赋值都在等着delta时间结束才更新。

5。总结一下,就是在一个进程中内部和有after的语句可以理解为不再单开仿真周期。

6。再深究一下,信号赋值为什么要等待delta延时呢?2中说过,是由于要利用串行机制处理并行问题。除此之外,还由于信号本身用途和特点所决定。信号主要用于进程间通信,同时信号是需要驱动的,假如一个A进程需要读入 signal Z的值,B进程又在写入signal Z的值,那么仿真时就会有冲突。通过引入delta延时,使得读写错开一段delta时间,解决了信号在进程间同时读写的问题。

7。题外话,说明一下惯性延时和传输延时的区别。惯性延时就是说使输出能够得到正确的值,输入需要保持多久。比如

Z <= X after 2ns,说明X需要至少保持2ns,Z才会得到X的值,否则X的值可能被吃掉。对应的物理情况是要给电容留够充放电时间,太短的脉冲就可能被吃掉了。而传输延时没有吃不吃掉的问题,就是经过多长时间输入完全再现,不管脉冲多么短。比如:

Z<= transport X after 2ns,就是指X的值经过2ns后在Z端完全再现。对应的物理情况就是传输线。

添加:

1。添加一点感想,delta延时模型在一个时刻开启若干仿真周期的时候很有用,比如一个进程激发了另一个进程等等,确实有助于进程间信号的传递,至少在分析上是这样的。一个delta内使用的均为旧的值,新开的delta 使用的就是上一个delta计算出的更新值,就这么回事。

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摘要: 通过一个偶同位产生器逻辑功能的实现过程,介绍了VHDL语言中信号设置的不同方 式及注意事项,...

发表于 2011-10-06 08:48 269次阅读
VHDL语言中信号的不同形式设置

基于VHDL及FPGA的自动售货机控制模块设计

近年来,随着集成电路技术的迅猛发展,特别是可编程逻辑器件的高速发展, EDA(Electroni...

发表于 2011-09-27 18:18 1022次阅读
基于VHDL及FPGA的自动售货机控制模块设计

基于Max+PlusⅡ与VHDL的数字电压表设计

随着计算机与微电子技术的发展,电子设计自动化EDA领域已成为电子技术发展的主体,数字系统的设计正朝着...

发表于 2011-09-26 13:41 862次阅读
基于Max+PlusⅡ与VHDL的数字电压表设计

基于VHDL的异步FIFO设计

该设计采用VHDL语言进行设计,利用ALTERA公司的FPGA得以实现。经验证进一步表明,模块化的设...

发表于 2011-08-18 10:34 2391次阅读
基于VHDL的异步FIFO设计

用VHDL语言开发的出租车计费系统设计

本文设计了一种基于FPGA的出租车计费系统,可模拟汽车行驶、暂停等待,停止等过程,并可同时显示金额、...

发表于 2011-07-20 14:56 961次阅读
用VHDL语言开发的出租车计费系统设计

用VHDL设计有限状态机的方法

现代数字系统的设计一般都采用自顶向下的模块化设计方法。即从整个系统的功能出发,将系统分割成若干功能模...

发表于 2011-05-28 13:44 3268次阅读
用VHDL设计有限状态机的方法

利用VHDL语言进行可变速彩灯控制器的设计

硬件描述语言(HDL)是相对于一般的计算机软件语言如C,Pascal而言的。

发表于 2011-04-14 23:17 784次阅读
利用VHDL语言进行可变速彩灯控制器的设计

AC-Link数字音频VHDL编/解码的FPGA...

数字音频处理是指为真实再现声音的逼真效果而对音频进行的编解码处理技术,它是宽带网络多媒体、移动多媒体...

发表于 2011-03-01 10:03 883次阅读
AC-Link数字音频VHDL编/解码的FPGA...

用VHDL实现的有线电视机顶盒信源发生方案

VHDL是随着可编辑逻辑器件(PLD)的发展而发展起来的一种硬件描述语言。它是1980年美国国防部V...

发表于 2011-01-25 14:41 1841次阅读
用VHDL实现的有线电视机顶盒信源发生方案

基于VHDL的自动售货机控制模块FPGA实现

本文采用VHDL作为工具描述了自动售货机控制模块的逻辑控制电路,并在FPGA上实现。该自动售货机能够...

发表于 2011-01-14 10:10 979次阅读
基于VHDL的自动售货机控制模块FPGA实现

基于VHDL和FPGA的非对称同步FIFO设计实...

本文采用VHDL描述语言,充分利用Xilinx公司Spartan II FPGA的系统资源,设计实现...

发表于 2011-01-13 11:33 438次阅读
基于VHDL和FPGA的非对称同步FIFO设计实...

Verilog HDL与VHDL及FPGA的比较...

Verilog HDL与VHDL及FPGA的比较分析. Verilog HDL优点:类似C语言,上手...

发表于 2011-01-11 10:45 366次阅读
Verilog HDL与VHDL及FPGA的比较...

基于VHDL的密码控制系统设计方案

  1 引言   随着电子技术和ASIC技术的发展.数字系统设计向速度快、容量大、体积小、重量轻的...

发表于 2010-11-08 18:14 312次阅读
基于VHDL的密码控制系统设计方案

基于FPGA和VHDL的USB2.0控制器设计

  本文针对高速数据传输需求,根据USB2.0的协议规范,利用VHDL语言实现符合该协议的功能控制器...

发表于 2010-10-28 15:44 336次阅读
基于FPGA和VHDL的USB2.0控制器设计

基于VHDL的矩阵键盘及显示电路设计

  FPGA/CPLD在数字系统设计中的广泛应用,影响到了生产生活的各个方面。在FPGA/CPLD的...

发表于 2010-10-15 11:08 1559次阅读
基于VHDL的矩阵键盘及显示电路设计

基于CPLD和VHDL的电梯控制系统设计

  1 引言   随着社会的发展。使用电梯越来越普遍,已从原来只在商业大厦、宾馆过渡到在办公室、居...

发表于 2010-10-11 12:00 457次阅读
基于CPLD和VHDL的电梯控制系统设计

基于VHDL和FPGA的多种分频的实现方法

  分频器是数字系统设计中的基本电路,根据不同设计的需要,我们会遇到偶数分频、奇数分频、半整数分频等...

发表于 2010-09-03 17:04 1137次阅读
基于VHDL和FPGA的多种分频的实现方法

基于VHDL和发接复用器的SDH系统设计及FPG...

  针对目前国内SDH系统中还没有一个专门的E1分接复用芯征,本文介绍一种用高级硬件描述语言VHDL...

发表于 2010-08-27 09:42 276次阅读
基于VHDL和发接复用器的SDH系统设计及FPG...

基于CPLD的专用键盘接口芯片的方案设计

在单片机应用系统中,存在多种形式的外部数据输入接口界面,例如RS-232C串行通信、键盘输入等[1,...

发表于 2010-07-05 10:38 525次阅读
基于CPLD的专用键盘接口芯片的方案设计