4．1．4　子程序調(diào)用語句

子程序是一個VHDL程序模塊，它是利用順序語句來定義和完成算法的，應(yīng)用它能更有效地完成重復(fù)性的設(shè)計工作。子程序不能從所在的結(jié)構(gòu)體的其他塊或進程結(jié)構(gòu)中直接讀取信號值或者向信號賦值，而只能通過子程序調(diào)用及與子程序的界面端口進行通信。

子程序有兩種類型，即過程(PROCEDURE)和函數(shù)(FUNCTION)。

1)過程

過程的語句格式是:

過程由過程首和過程體兩部分組成，過程首不是必須的，過程體可以獨立存在和使用。即在進程或結(jié)構(gòu)體中不必定義過程首，而在程序包中必須定義過程首。

(1)過程首

過程首由過程名和參數(shù)表組成。參數(shù)表用于對常數(shù)、變量和信號三類數(shù)據(jù)對象目標(biāo)作出說明，并用關(guān)鍵詞IN、OUT和INOUT定義這些參數(shù)的工作模式，即信息的流向。以下是三個過程首的定義示例:

一般的，可在參量表中定義三種流向模式，即IN、OUT和INOUT。如果只定義了IN模式而未定義目標(biāo)參量類型，則默認(rèn)為常量;若只定義了INOUT或OUT，則默認(rèn)目標(biāo)參量類型是變量。

(2)過程體

過程體是由順序語句組成的，過程的調(diào)用即啟動了對過程體的順序語句的執(zhí)行。過程體中的說明部分只是局部的，其中的各種定義只能適用于過程體內(nèi)部。

(3)過程調(diào)用

根據(jù)調(diào)用環(huán)境的不同，過程調(diào)用有兩種方式，即順序語句方式和并行語句方式。在一般的順序語句自然執(zhí)行過程中，一個過程被執(zhí)行，則屬于順序語句方式;當(dāng)某個過程處于并行語句環(huán)境中時，其過程體中定義的任一IN或INOUT的目標(biāo)參量發(fā)生改變時，將啟動過程的調(diào)用，這時的調(diào)用是屬于并行語句方式的。這里介紹順序語句調(diào)用方式。

過程調(diào)用就是執(zhí)行一個給定名字和參數(shù)的過程。調(diào)用過程的語句格式如下:

其中，括號中的實參表達(dá)式稱為實參，它可以是一個具體的數(shù)值，也可以是一個標(biāo)識符，是當(dāng)前調(diào)用程序中過程形參的接受體。在此調(diào)用格式中，形參名即為當(dāng)前欲調(diào)用的過程中已說明的參數(shù)名，即與實參表達(dá)式相聯(lián)系的形參名。被調(diào)用中的形參名與調(diào)用語句中的實參表達(dá)式的對應(yīng)關(guān)系有位置關(guān)聯(lián)法和名字關(guān)聯(lián)法兩種，位置關(guān)聯(lián)可以省去形參名。

一個過程的調(diào)用有三個步驟:

①將IN和INOUT模式的實參值賦給欲調(diào)用的過程中與它們對應(yīng)的形參;

②執(zhí)行這個過程;

③將過程中IN和INOUT模式的形參值賦還給對應(yīng)的實參。

【例4．15】

本例是一個取三個輸入位矢量最大值的功能描述，它在結(jié)構(gòu)體中的進程語句中使用了兩個過程調(diào)用語句。

(4)重載過程

兩個或兩個以上有相同的過程名和互不相同的參數(shù)數(shù)量及數(shù)據(jù)類型的過程稱為重載過程。對于重載過程，靠參量類型來辨別究竟調(diào)用哪一個過程。

【例4．16】

2)函數(shù)

在VHDL中有多種函數(shù)形式，如在庫中現(xiàn)成的具有專用功能的預(yù)定義函數(shù)和用于不同目的的用戶自定義函數(shù)。函數(shù)的語言表達(dá)格式如下:

一般的，函數(shù)定義由兩部分組成，即函數(shù)首和函數(shù)體。

(1)函數(shù)首

函數(shù)首是由函數(shù)名、參數(shù)表和返回值的數(shù)據(jù)類型三部分組成的。函數(shù)首的名稱即為函數(shù)的名稱，需放在關(guān)鍵詞FUNCTION之后，它可以是普通的標(biāo)識符，也可以是運算符(這時必須加上雙引號)。函數(shù)的參數(shù)表是用來定義輸入值的，它可以是信號或常數(shù)，參數(shù)名需放在關(guān)鍵詞CONSTANT或SIGNAL之后，若沒有特別說明，則參數(shù)被默認(rèn)為常數(shù)。如果要將一個已編制好的函數(shù)并入程序包，函數(shù)首必須放在程序包的說明部分，而函數(shù)體需放在程序包的包體內(nèi)。如果只是在一個結(jié)構(gòu)體中定義并調(diào)用函數(shù)，則僅需函數(shù)體即可。由此可見，函數(shù)首的作用只是作為程序包的有關(guān)此函數(shù)的一個接口界面。

(2)函數(shù)體

函數(shù)體包括對數(shù)據(jù)類型、常數(shù)、變量等的局部說明，以及用以完成規(guī)定算法或轉(zhuǎn)換的順序語句，并以關(guān)鍵詞END FUNCTION以及函數(shù)名結(jié)尾。一旦函數(shù)被調(diào)用，就將執(zhí)行這部分語句。

(3)函數(shù)調(diào)用

函數(shù)調(diào)用與過程調(diào)用是十分相似的，不同之處是，調(diào)用函數(shù)將返還一個指定數(shù)據(jù)類型的值，函數(shù)的參量只能是輸入值。

【例4．17】

本例在結(jié)構(gòu)體內(nèi)定義了一個完成某種算法的函數(shù)，并在進程PROCESS中調(diào)用了此函數(shù)，整個函數(shù)沒有函數(shù)首。在進程中，輸入端口矢量a被列為敏感信號，當(dāng)a的3個位輸入元素a(0)、a(1)和a(2)中任何一位發(fā)生變化時，將啟動對函數(shù)sam的調(diào)用，并將函數(shù)的返回值賦給m輸出。

(4)函數(shù)重載

VHDL允許以相同的函數(shù)名定義函數(shù)，即重載函數(shù)。但這時要求函數(shù)中定義的操作數(shù)具有不同的數(shù)據(jù)類型，以便調(diào)用時用以分辨不同功能的同名函數(shù)。

VHDL不允許不同數(shù)據(jù)類型的操作數(shù)間進行直接操作或運算。為此，在具有不同數(shù)據(jù)類型操作數(shù)構(gòu)成的同名函數(shù)中，可定義運算符重載函數(shù)，這種函數(shù)為不同數(shù)據(jù)類型間的運算帶來極大的方便。

例4．18中以加號“+”為函數(shù)名的函數(shù)即為運算符重載函數(shù)。VHDL的IEEE庫中的STD_LOGIC_UNSIGNED程序包中預(yù)定義的操作符如“+”、“－”、“*”、“=”、“＞”、“＞=”、“＜”、“＜=”、“/=”、“AND”和“MOD”等，對相應(yīng)的數(shù)據(jù)類型INTEGER、STD_LOGIC 和STD_LOGIC_VECTOR的操作作了重載，賦予新的數(shù)據(jù)類型操作功能，也就是說，通過重新定義運算符的方式，允許被重載的運算符能夠?qū)π碌臄?shù)據(jù)類型進行操作，或者允許不同的數(shù)據(jù)類型之間用此運算符進行運算。

【例4．18】

例4．18給出了程序包STD_LOGIC_UNSIGNED中的部分函數(shù)結(jié)構(gòu)，其說明部分只列出了四個函數(shù)的函數(shù)首。在程序包體部分只列出了對應(yīng)的部分內(nèi)容，程序包體部分的UNSIGNED()函數(shù)是從IEEE．STD_LOGIC_ARITH庫中調(diào)用的，在程序包體中的最大整型數(shù)檢出函數(shù)MAXIMUM只有函數(shù)體，沒有函數(shù)首，這是因為它只在程序包體內(nèi)調(diào)用。

實用中，如果已用“USE”語句打開了程序包STD_LOGIC_UNSIGNED，這時，如果設(shè)計實體中有一個STD_LOGIC_VECTOR類型和一個整數(shù)相加，程序就會自動調(diào)用第一個函數(shù)，并返回STD_LOGIC_VECTOR類型的值。若是一個STD_LOGIC_VECTOR與STD_LOGIC數(shù)據(jù)類型的數(shù)相加，則調(diào)用第三個函數(shù)，并以STD_LOGIC_VECTOR類型的值返回。例4．19為重載函數(shù)使用實例，其功能時實現(xiàn)4位二進制加法計數(shù)器。

【例4．19】