🗊Презентация Технологии проектирования компьютерных систем. Типы данных. (Лекция 4)

Технологии проектирования компьютерных систем

Определение Тип - это множество значений с общим признаком. VHDL - строго типизированный язык. Каждый объект объявляется со своим типом и может присваивать значение только данного типа. Благодаря этой особенности, программы VHDL имеют высокую надежность и обеспечивают экономию времени при отладке. Подтип - подмножество значений данного типа. Выделяют следующие типы данных языка VHDL: - скалярные (scalar_type); - составные (composite_ type); - указатели (access_type); - файлы (file_type); - защишенные (рrotected_type). В лекции рассматриваются только те данных, которые поддерживаются средствами синтеза ПЛИС.

Скалярные типы Скалярные типы создают значения, которые нельзя разбить на отдельные элементы или поля. scalar_type_definition ::=  enumeration_type_definition -- перечисления;  | integer_type_definition -- целые значения;  | floating_type_definition -- действительные значения;  | physical_type_definition -- значения, имеющие размерность. Все скалярные типы и их подтипы определяются через диапазон своих значений.

Перечисления Перечисления состоят из списка значений, которые могут быть символами или идентификаторами. enumeration_type_definition ::= (enumeration _literal { , enumeration _literal } )  enumeration _literal ::= identifier | character_literal В САПР Quartus перечисления описывают по шаблону: TYPE <name> IS (<enum_literal>, <enum_literal>, ...); Например: TYPE LOGIC_VOLT IS ('0', '5', 'z', 'x'); TYPE MULTI_LEVEL_LOGIC is (LOW, HIGH, RISING, FALLING); Вводимые имена перечислений не должны совпадать с предопределенными в языке именами перечислимых типов. Значения перечислений не должны совпадать.

Перечисления Весь список значений пронумерован слева направо, начиная с нуля, то есть каждое значение имеет соответствующую позицию в списке: Значения в разных перечислениях могут совпадать.

Предопределенные перечисления Предопределенными перечислениями являются CHARACTER, BIT, BOOLEAN, SEVERITY_LEVEL, FILE_OPEN_KIND, и FILE_OPEN_STATUS, специфицированные в пакете "standard": TYРЕ CHАRАCTЕR IS (NUL, SОH, ...); TYРЕ BIT IS ('0', 'l'); TYРЕ BООLЕАN IS (FАLSЕ, TRUЕ); TYРЕ SЕVЕRITY_LЕVЕL IS (NОTЕ, WARNING, ERROR, FAILURE); TYPE FILE_OPEN_KIND is (READ_MODE, WRITE_MODE, APPEND_MODE); TYPE FILE_OPEN_STATUS is (OPEN_OK, STATUS_ERROR, NAME_ERROR, MODE_ERROR);   Примечание - Значения bооlеаn (ложный и истинный) не идентичны логическим '0' и '1'.

Перечисления для цифровой техники В пакете «std1164» предопределены перечисления std_ulogic (неразрешимый логический тип с девятизначным алфавитом) и разрешимый подтип std_logic.

Перечисления STD_ULOGIC и STD_LOGIC

Целые числа Тип целого задается через диапазон целых чисел. integer_type_definition ::= range_constraint Обычно этот диапазон находится между -2.147.483.648 и +2.147.483.647 (диапазон 32-разрядного целого). В САПР QUARTUS целые числа описывают по шаблону: TYPE <name> IS RANGE <low> TO <high>; Пример описания целых чисел: TYPE GROUP_INTEGER IS RANGE -1025 TO 1025; Предопределенным целым типом является integer, который специфицирован в пакете "standard" как: TYРЕ INTEGER IS RANGE -2147483648 TO 2147483647.

Целые числа В пакете "standard» специфицированы и предопределенные подтипы natural и positive по шаблону: SUBTYPE __subtype name IS __type_name RANGE __low_value TO __high_value; SUBTYPE NATURAL IS INTEGER RANGE 0 TO INTEGER'HIGH; SUBTYPE POSITIVE IS INTEGER RANGE 1 TO INTEGER'HIGH. Нельзя использовать имена предопределенных типов и подтипов для собственных определений.

Числа с плавающей запятой Числа с плавающей запятой обеспечивают приближения к вещественным числам. Числа с плавающей запятой применяют для моделей, в которых погрешность вычисления значений не важна или не определена. floating_type_definition ::= range_constraint Примеры описания чисел с плавающей точкой: TYРЕ RESULT IS RANGE 0.0 TO 11063.5; SUBTYРЕ Р_RЕSULT IS RESULT RANGE 2765.88 TO 8297.63. Предопределенным типом с плавающей точкой является real, который специфицирован в пакете "standard" как: TYРЕ RЕАL IS RANGE -1.0Е38 TO 1.0Е38. Тип real обеспечивает 64-разрядное представление чисел с плавающей точкой (1 разряд - знак числа, 11 разрядов - порядок, 52 разряда - мантисса).

Физические типы Физические типы создают числа с реальными размерностями, кратными некоторой базовой единице. Множество допустимых значений задается как диапазон целых чисел (базовых единиц). Формат описания физических типов. physical_type_definition ::= range_constraint   units   bаsе_unit_dеclаrаtiоn { sеcоndаry_unit_dеclаrаtiоn }   еnd units;   bаsе_unit_dеclаrаtiоn ::= idеntifiеr ; sеcоndаry_unit_dеclаrаtiоn ::= idеntifiеr = рhysicаl_litеrаl; рhysicаl_litеrаl ::= [ аbstrаct_litеrаl ] unit_nаmе.

Физические типы При объявлении физического типа сначала указывают базовую единицу размерности, а затем последующие единицы размерности как кратные базовой или предшествующим единицам. Физические типы при описании устройств на ПЛИС обычно не применяются из-за сложности конструктивной реализации. Применяются при создании векторов входных воздействий. Предопределенным физическим типом является time, который специфицирован в пакете "standard«.  

Предопределенный тип TIME TYРЕ TIME IS RANGE -9223372036854775808 TO 9223372036854775807 UNITS fs; -- femtosecond  ps = 1000 fs; -- picosecond  ns = 1000 ps; -- nаnоsеcоnd  us = 1000 ns; -- microsecond  ms = 1000 us; -- millisecond  sеc = 1000 ms; -- second  min= 60 sеc; -- minute  hr = 60 min; -- hour END UNITS;  

Составные типы Составной тип - это группа значений под одним именем. composite_type_definition ::=   array_type_definition -- массивы;   record_type_definition -- записи.

Массивы Массивы объединяют элементы одного типа. Массивы могут иметь любую размерность. Тип элемента массива не может быть file. Можно задать тип массива как с неопределенными, так и с определенными границами. Задание типа с неопределенными границами дает возможность создавать массивы, имеющие один и тот же тип, но различные границы индексов. array_type_definition ::= unconstrained_array_definition|constrained_array_definition

Описание массивов Массивы рекомендуется описывать по шаблону: TYPE __array_type_name IS ARRAY (INTEGER RANGE <>) ОF __type_name; TYPE __array_type_name IS АRRАY (__integer DOWNTO __integer) ОF __type_name; Пример двух эквивалентных описаний двумерного массива 3*4: TYPE ARRAY_M IS ARRAY (l TO 3, 7 DOWNTO 4) OF POSITIVE; TYPE ARRAY_M IS ARRAY (INTEGER RANGE 1 TO 3, INTEGER RANGE 7 DOWNTO 4) OF POSITIVE; Каждая пара границ массива должна иметь одинаковый тип. Элемент массива в свою очередь может быть массивом.

Описание массивов Задание типа с неопределенными границами - очень удобная возможность для описания аппаратуры. Это дает как полную совместимость объектов данного типа, так и большую гибкость в параметризации описания. Примерами таких типов могут служить предопределенные типы bit_vector и string, специфицированные в пакете "standard»: TYPE BIT_VECTOR IS ARRAY (NATURAL RANGE <>) OF BIT; TYPE STRING IS ARRAY (POSITIVE RANGE <>) OF CHARACTER; Направление и границы диапазона индексов не содержатся в определении указанных типов и должны быть указаны непосредственно при объявлении объектов данных типов.

Записи Записи - это составной тип данных, элементы которых могут иметь различные типы. record_type_definition ::= record   element_declaration   { element_declaration }   end record Все имена элементов (полей) записи должны быть различными.

Записи Пример описания данных составного типа: TYPE rec_type IS RECORD   hour : INTEGER RANGE 0 TO 24;   min : INTEGER RANGE 0 TO 60; per : day; END RECORD; Тип данных day описан как: TYPE day IS (morn, din, evn, night);

Функции преобразования типов данных Пакет arith содержит четыре функции для преобразования типов данных signed, unsigned, integer и std_ulogic. Функция conv_integer преобразует типы данных integer, unsigned, signed или std_ulogic к типу integer. Значения операндов функции conv_integer ограничивается диапазоном от -2147483647 до 2147483647, т.е. 31-битное представление значения unsigned или 32-битное представление значения signed. Функция conv_unsigned преобразует типы данных integer, unsigned, signed или std_ulogic в тип unsigned с указанием разрядности. Функция conv_signed преобразует типы данных integer, unsigned, signed или std_ulogic в тип signed с указанием разрядности. Функция conv_std_logic_vector преобразует типы данных integer, unsigned, signed или std_logic в тип std_logic_vector с указанием разрядности.