【FPGA学习】VHDL 顺序语句描述方法 VHDL的if、case、LOOP、NEXT语句怎么写

使用 VHDL 进行数字电路描述时候，如果按照执行顺序对 VHDL 的程序进行分类，可以分为
顺序（sequential）描述语句和并行（concurrent）描述语句。顺序语句描述的程序总是按照
程序书写的顺序执行；而并行语句都是同时执行的，和程序的书写顺序无关。

VHDL 顺序语句描述方法

VHDL 中的顺序语句一般在进程中出现，或者以函数、过程的方式在进程中被调用。顺序
语句所涉及到的系统行为有时序流、控制、条件和迭代等。VHDL 中的顺序语句有 WAIT 语句、
断言语句、IF 语句、CASE 语句、LOOP 语句、NEXT 语句、过程调用语句和 NULL 语句，下面就
对它们进行详细介绍。

1．WAIT 语句

WAIT 语句允许把一个顺序执行的进程或子程序挂起，挂起的进程或子程序恢复的条件由 3
种不同的方法指定。WAIT 语句可以有不同的格式，分别有不同的作用，例如 WAIT ON 表示等
待到信号变化，WAIT UNTIL 表示等到一个表达式为真，而 WAIT FOR 表示等待一个固定的事件，
如果仅仅写一个 WAIT 的话就表示无限期的等待。

WAIT 语句能用于多种不同的目的，常用于为综合工具指定时钟输入。另一用途是将进程
的执行延时一段时间或者是为了动态地修改进程敏感表。

为了避免无休止的等待可以加一个超时付句，不管进行到哪儿或是条件有没有满足都允许
执行超时处理。下面的代码就演示了 WAIT UNTIL 语句的使用方法和超时处理的方法：





2．断言语句

断言语句的功能是为设计者报告一个文本字符串。断言语句包含一个布尔表达式，表达式
为真，该语句不做任何事；反之，它将输出一用户规定的字符串到标准输出终端。

断言语句规定输出字符串的严重程度为 4 个级别（NOTE、WARNING、ERROR 和 FAILURE），
它们的意思分别是注意、警告、错误和失败，严重层次递增。

断言语句的格式如下：





其中，关键字 ASSERT 后跟 CONDITION 布尔值表达式，它的条件决定 REPORT 付句规定的文
字表达式输出不输出，如果是假，文字表达式输出，如果是真，该文字表达式不输出。此外还
有两个可选的付句，REPORT 付句允许设计者指定输出文字表达式的值，如果不指定 REPORT 语
句，默认值是 ASSERTION VIOLATION，SEVERITY 付句允许设计者指定断言语句的严重级别，如
果没指定 SEVERITY 付句，其默认值是 ERROR。

下面是一个断言语句的使用实例，它表示对输入时钟进行检查，如果其建立时间小于
20ns，则输出 ERROR 信号：





3．IF 语句

IF 语句是根据所指定的条件来确定执行哪些语句，其格式如下：





IF 语句用关键字 IF 开头和用关键字 END IF 结尾，END IF 分开拼写。有两个可选付句（ELSIF
付句和 ELSE 付句），ELSIF 付句可重复并允许有多个 ELSIF 付句，可选 ELSE 付句但只允许有
一个 ELSE 付句。付句中的条件是一布尔表达式，如条件为真值，则下一语句被执行；如果条
件不为真，那么接着执行跟在 ELSE 付句后的顺序语句。

下面举一个 IF 语句的使用例子，如下：





以上代码的意义如下：有两个变量 weekend 和 weekday，每当 day 等于 saturday 或 sunday
时变量 weekend 变为真，执行跟着的下一句并控制转到跟在 END IF 之后的语句，否则转到 ELSIF
语句部分并检查 day 是否为 Saturday；当变量 day 等于 saturday，执行跟着的下一句并再次
控制转到跟在 END IF 之后的语句；若 day 并不等于 sunday 或 saturday，执行 ELSE 语句部分。

4．CASE 语句

当单个表达式的值在多个起作用的项中选择时用 CASE 语句。CASE 语句的格式如下：





下面是一个使用 CASE 语句执行处理器指令的例子：





5．循环语句

当需要重复操作时用循环语句，或者实现的模块需要很强的迭代能力时用循环语句：





其中循环条件可以用 WHILE 语句或者 FOR 语句来描述。

WHLIE 语句有一个循环控制的条件 condition，只要条件表达式为真，WHILE 循环语句就
一直执行下去，除非要退出循环。例如：





FOR 循环是根据预先的设定进行迭代，所指定的范围并不一定必须为整数值，也可以表示
成一个子类型的指示或者一个范围语句，例如：





FOR LOOP 语句的指数值（i）由 FOR 语句局部地说明，这和进程、函数和过程中变量 I 不
是一会事，它不需要显式地说明，由于 FOR LOOP 语句的虚拟性，循环指数要局部说明之。这
样在进程、函数或过程中存在同名变量时，它们会被分别处理并由它们的内含寻址。

此外，关于循环需要特别注意的是，在某些编程语言中循环指数的值可由赋予内部循环值
来改变，但是 VHDL 中是不允许对循环指数的任何赋值，这排除了在任何函数返回值中或在过
程的输出与双向参量中存在循环指数。

6．NEXT 语句

如果必须在这次迭代或循环中停下正在执行的语句，而转向下一个迭代时，用 NEXT 语句。
执行 NEXT 语句时，模块处理停在当前点并转到循环语句的开始。随着循环的第一个语句执行，
循环变量增加一个迭代值，直到迭代的限制值，循环停止。

下面是一个 NEXT 语句使用的例子：





7．EXIT 语句

EXIT 语句提供完全停下循环执行的能力。执行期间发生了明显的错误或者所有的进程已
执行完毕就跳出循环，EXIT 语句允许退出或跳出循环语句。执行 EXIT 语句后 EXIT 语句后面
的语句暂停执行，去执行循环语句后面的语句。

EXIT 语句的基本书写格式如下：





循环标号一般在多重循环中用于标明循环层次，如果 EXIT 语句后面添加循环标号，它将
会退出循环标号指定的循环。“WHEN 条件”项用于表明 EXIT 语句执行的条件，此条件为真时
才推出循环。

EXIT 语句的使用实例如下：