VHDL中信号与变量的差异

  在VHDL中,使用信号(signal)或变量(variable)可以实现动态数值的传递,二者功能虽然类似,但在实现方式上却有着很大的区别。对于初学者,理解信号和变量的差异是十分重要的。

1. 信号(signal)的特点

    • 信号是逻辑电路中的连接线,可以用于元件间和元件内部电路各单元间的连接。
    • 信号使用“<=”符号赋值。
    • 在顺序描述语句中,信号的赋值不是即时更新的。只有在相应的进程、函数或过程完成之后,信号的值才会进行更新。

2. 变量(variable)的特点

    • 变量只用于局部电路的描述,只能在process、function和procedure内部使用。
    • 变量使用“:=”符号赋值。
    • 变量的赋值是立即生效的,可以在下一行代码中立即使用新的变量值。

3. 信号与变量赋值的生效时刻

  信号与变量的一个重要差异是赋值是否立即生效。对变量的赋值是立即生效的,而在顺序描叙语句中对信号的赋值则不会立即生效,只有当信号所在的process内的操作全部完成一遍后,信号的值才会更新。

  下面通过两个例子说明信号与变量赋值的生效时刻。如下面所示的两个计数器:

其中, p_signal_counter 中使用信号 v_cnt 做计数,并更新 clk_cnt_1 ; p_variable_counter 中使用变量 v_cnt 做计数,并更新 clk_cnt_2 。功能仿真结果如图1所示。

图1

图1

  由图1可见,clk_cnt_1得计数值比clk_cnt_2的值小1,clk_cnt_1更新的比clk_cnt_2慢,因为v_cnt是信号,”s_cnt <= s_cnt + 1;”对其的赋值需要等到p_signal_counter执行完毕后才生效,而v_cnt是变量,”v_cnt := v_cnt + 1;”对其的赋值是立即生效的。

  更进一步地把上面的计数器改写如下:

其中,分别用 clk_cnt_1_before_update 和 clk_cnt_2_before_update 来观测 s_cnt 和 v_cnt 在其更新语句前的状态,功能仿真结果如图2所示。

图2

图2

  由图2可见, clk_cnt_1_before_update 与 clk_cnt_1 相同,说明 s_cnt <= s_cnt + 1; 语句执行后 s_cnt 并没有更新;而 clk_cnt_2_before_update 的值比 clk_cnt_2 的值小1,说明 v_cnt := v_cnt+ 1; 语句执行后 v_cnt 立即得到了更新。