原创 VHDL中，变量（Variable）与信号（Signal）的区别

关于变量（Variable）和信号（Signal），很多书都有介绍，基本上都是说信号会有延时，而变量是立即赋值的，但是对于两者到底有什么区别，说的不是很透彻。以至于我对两者的理解也一直很模糊，只能在实践中慢慢体会。下面介绍个例子，希望可以给朋友们一点启发：<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

1.信号

library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

entity xor_sig is
    Port ( A : in  STD_LOGIC;
           B : in  STD_LOGIC;
           C : in  STD_LOGIC;
           X : out  STD_LOGIC;
           Y : out  STD_LOGIC);
end xor_sig;

architecture Behavioral of xor_sig is
signal D: STD_LOGIC;
begin
    SIG:process (A,B,C)
    begin
        D <= A;        -- ignored !!
        X <= C xor D;
        D <= B;        -- overrides !!
        Y <= C xor D;
    end process;
end Behavioral;

这段程序的本意是:X <= A xor C; Y <= B xor C。事实上，在利用ISE 10.1综合以后得到的结果如下图：

等效的逻辑图是这样的：


显然，综合器将信号A给忽略了，这跟我们希望的是不一致的。仔细观察综合过程发现，在综合时会产生一条WARNING:

Input is never used. This port will be preserved and left unconnected if it belongs to a top-level block or it belongs to a sub-block and the hierarchy of this sub-block is preserved.

大意是说输入从未使用，如果是顶层程序或者属于一个子模块并且该子模块有这个端口时，会被保留，其余情况下端口[url=]会被忽略掉。

2.变量

library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

entity xor_sig is
    Port ( A : in  STD_LOGIC;
           B : in  STD_LOGIC;
           C : in  STD_LOGIC;
           X : out  STD_LOGIC;
           Y : out  STD_LOGIC);
end xor_sig;

architecture Behavioral of xor_sig is
begin
    VAR:process (A,B,C)
        variable D: STD_LOGIC;     
    begin
        D := A;
        X <= C xor D;
        D := B;
        Y <= C xor D;
    end process;
end Behavioral;

这段程序的本意与上面是一样的:X <= A xor C; Y <= B xor C。在利用ISE 10.1综合以后得到的结果如下图：


等效的逻辑图是这样的：


可以看出，采用变量时，程序综合的结果与我们希望的是一致的。

3.总结

在一个进程中，如果对一个信号多次赋值，那么，只有最后一个值才是有效的。如果对变量多次赋值，那么每次赋值都是有效的，并且，变量的值在再次赋值之前一直保持不变。

信号跟硬件有点类似，并且是在进程结束的时候才更新；变量是立即更新的，因此可以影响程序的功能，但变量的好处是仿真速度更快。

因此，通常情况下，推荐使用信号，可以保证程序的正确性。