VHDL的操作符

article/2025/9/13 1:38:50

一、赋值操作符

作用在于更新被赋值数据对象的值，数据对象主要是指信号和变量。VHDL赋值操作符也有信号赋值与变量赋值的区别，分别是：

”<="是信号赋值操作符，可以对标量型的信号类型对象或是矢量型信号类型对象整体赋值。
”<=“是变量赋值操作符，可以对变量、常量、属性（generic）和信号初始值的赋值或子程序对变量进行赋值。
”>=“是矢量型的数据对象的部分进行赋值。

以上赋值举例如下：

**--属性赋值操作**
generic(data_bus:integer:=8);**--常量赋值操作**
constant address_bus:integer range 1 to 7:=7;**--信号初始化赋值操作**
signal datasum:std_logic_vector(7 downto 0):="00000000";**--变量初始化赋值操作**
variable temp:integer range 0 to 63:=0;
variable seg:std_logic_vector(7 downto 0);**--信号赋值操作**
datasum<="11000011";**--变量赋值操作**
temp:=23;**--信号部分赋值操作**
signal datasum:std_logic_vector(7downto 0);
datasum<=(7=>'0',6=>'1',others=>='0');**--变量部分赋值操作**
variable datasum:std_logic_vector(7 downto 0);
datatemp:=(7 =>'0',6=>'1'.others=>'0');

二、逻辑操作符

VHDL支持7种逻辑操作符的运算，这些运算操作符所支持的常用数据类型有bit、bit_vector、std_logic、std_logic_vector等。

not (对操作数按位取非操作，对应硬件的”非门“。
and（对操作数按位取与操作，对应硬件的”与门“。
or（对操作数按位取或操作，对应硬件的”或门“。
nand（对操作数按位取与非操作，对应硬件的”与非门“。
nor（对操作数按位取或非操作，对应硬件的”或非门“。
xor（对操作数按位取异或操作，对应硬件的”异或门“。
nxor（对操作数按位取同或操作，对应硬件的”同或门“。

连续逻辑操作符
当语句中出现连续多个逻辑操作符时，为了提高VHDL程序可读性与正确性，建议用括号加以分隔，如下：

dout<=not a and b xor c;--此语句有歧义
dout<=(not a) and (b xor c);--加上括号分隔更加清晰

三、算术操作符

VHDL算术操作符属于算法级的操作，只能操作相应的数据类型，而且有些是不可综合的。常用算术操作符主要有以下8种：

“+”（对操作数取和）
“-”（对操作数取差或对单个操作数取负）
“*”（对操作数取积）
“/”（对操作数取商）
“* * " （对操作数作指数运算）
“abs”（对操作数取绝对值运算）
“mod”（对操作数取模运算）
"rem“ （对操作数取余运算）

可以应用算术操作符的数据类型有integer、signed、unsigned和real。其中，real类型是不可综合的。如果VHDL程序引用ieee库的std_logic_signed或是std_logic_unsigned，则std_logic_vector类型的数据对象也可以应用算术操作符。由于算术操作符是算法级别的，可综合性不同则综合器就不同，一般有以下规则：

“+”、“-” 和 “*” 操作符可综合
“/”、“mod”和 “rem”一般不可综合，但如果操作数为2的整数幂时可综合。
“* * “一般只支持左操作数是2的整数幂的情况。
”abs"一般不支持。

四、关系操作符

关系操作符运算结果都是布尔类型，要么为真（true)要么为假（false），对相同类型数据的对象进行数据大小比较。

”=“（相等操作符，比较两个数是否相等）
”/=“（不相等操作符，比较两个数是否不相等）
”<“（小于操作符，比较左操作数是否比右操作数小）
”>”（大于操作符）
“<=”（小于等于操作符）
">=“（大于等于操作符）

使用注意问题：

在进行两个操作数的关系操作时，两个操作数的数据类型必须一致或是定义了相关的重载函数。
”=“、和 ”/=“ 使用所有的数据类型。
”<“、”>“、”<=“ 和 ”>=“适用的数据类型有整型、实型、位矢量及数组类型。
”<“ 操作数与信号赋值操作符一样，判断意义时，要根据上下文来理解。

五、移位操作符

移位操作符是对矢量数据对象进行移位操作。

“sll”（逻辑左移操作符，最右边空出的位用"0"填充）
“srl”（逻辑右移操作符，最左边空出的位用"0"填充）
“sla”（算术左移操作符，最右边空出的位用原来最右边的值填充）
“sra”（算术右移操作符，最左边空出的位用原来最左边的值填充）
“rol”（循环左移操作符，最右边空出的位用原来最左边的值填充）
“ror” （循环右移操作符，最左边空出的位用原来最右边的值填充）

位移操作符的使用格式如下：
操作数移位操作符进行移位的位数
假设 data=“11001010"举例如下：

data sll 1       --操作后 data="10010100"
data srl 1       --操作后 data="01100101"
data sla 1       --操作后 data="10010100"
data sra 1       --操作后 data="11100101"
data rol 1       --操作后 data="10010101"
data ror 1       --操作后 data="01100101"
使用移位操作符的操作数据类型必须是bit、boolean的数组或是std_logic_vector或是integer数据类型。

六、连接操作符

连续操作符（”&“）用不同的位来产生一个位数据更多的矢量。连续操作符可用于两个位的连接，也可以用于两个矢量的连接，如下：

signal ba,bb:std_logic;
signal da,db:std_logic_vector(1 downto 0);
signal data:std_logic_vector(3 downto 0);
da<=ba& bb;
db<=ba&'1';
data<=da&db;
data<=ba&'1'&da;

七、操作符的优先级

操作符优先级一般指的是同一语句中的优先级，当然括号也可以改变语句中操作的先后顺序。
在这里插入图片描述

八、操作符的重载

对于预定义操作符所作用操作数的数据类型必须一致。有时为了方便不同让数据类型的数据对象进行操作，就需要对操作符重新定义，这就是重载。

function "+"(1:std_logic;r:integer) return integer is
variable sum:integer:=0;
begin
if 1='1' then
sum:=r;
end if;
return sum;
end;
--有上面对”+“的重载函数的定义，就可进行下面的操作
variable temp:std_logic;
variable data:integer;
variable sum:integer;
sum:=temp+data;--两个不同类型的数据对就可以进行相加操作