[转]VHDL中数据类型转换与移位（STD_LOGIC_ARITH与NUMERIC_STD）

NUMERIC_STD）

1. VHDL⽬前常⽤库⽂件

⽬前写VHDL程序时，⼤部分⼈已经熟悉的库调⽤如下所⽰：

library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;

use ieee.std_logic_unsigned.all; --或者 use ieee.std_logic_signed.all;

这⼏个库⽂件的源码可以在链接中查看，⾸先阐述⼀下这些⽂件的内容和主要作⽤：

- std_logic_1164 : 声明了std_Ulogic类型及其决断⼦类型std_logic，也声明了这种类型构成的数组std_logic_vector,还有这些类型的逻辑运算符函数。如果你需要使⽤std_logic类型，并只做逻辑类运算的话。就只需要声明 LIBRARY IEEE和 USE std_logic_1164.ALL就可以了。 - std_logic_arith : 声明了signed和unsigned两种数据类型。这两种数据类型与std_logic_vector很相似，在后⾯详细解释。该库函数只对integer、signed、unsigned以及std_ulogic的算术运算（包括类型转换）做了定义！ 注意：该库函数⽆法对STD_LOGIC_VECTOR做任何运算。

- std_logic_unsigned/std_logic_signed : 这两个库⽂件是对std_logic_arith 的延伸，适⽤与对STD_LOGIC_VECTOR进⾏运

算，std_logic_unsigned将会把STD_LOGIC_VECTOR转换成⽆符号数进⾏运算；⽽std_logic_signed 将把STD_LOGIC_VECTOR转换成有符号数进⾏运算。

2. signed、unsigned以及std_logic_vector之间的区别

在讲述NUMERIC_STD之前先来阐述⼏点⼩问题。⾸先就是signed与unsigned这两种数据类型。他们的定义为：

type UNSIGNED is array (NATURAL range <>) of STD_LOGIC;type SIGNED is array (NATURAL range <>) of STD_LOGIC;

与std_logic_vector的定义完全相同。所不同的是表⽰的意义不同。举例来说：

“1001”的含义对这三者⽽⾔是不同的： *std_logic_vector : 简单的四个⼆进制位； *unsigned : 代表数字9；

*signed : 代表数字 -7（补码表⽰的）；⼀定要重视signed与unsigned这两种类型。

3. NUMERIC_STD

终于来到了故事的主⼈公： NUMERIC_STD。使⽤NUMERIC_STD可以完全替代std_logic_arith、std_logic_unsigned、std_logic_signed这三个库⽂件！

- ⾸先，NUMERIC_STD这个库⽂件才是⾎统最正的IEEE库⽂件！！上述的其他三个其实都是Synopsis 这个公司的，但是由于这个公司抢先了⼀步，所以占据了⼤量的⽤户资源。

- std_logic_arith、std_logic_unsigned、std_logic_signed的问题在于当在同⼀⽂件中同时使⽤signed和unsigned时，会出现函数重载的冲突，导致错误。

- 其次，NUMERIC_STD是完全基于signed和unsigned所写的算术重载函数和数据类型转换函数。不管是INTEGER还是STD_LOGIC_VECTOR要进⾏算术运算，都必须转换为signed和unsigned两种数据类型。

下⾯举个例⼦来说明NUMERIC_STD库的使⽤。

library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.numeric_std.all;entity decode is port(

DIN : IN STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0); EN : IN STD_LOGIC;

DOUT : OUT STD_LOGIC_VECTOR(63 DOWNTO 0));

end decoder;

architecture behave of decoder is begin

DOUT <= std_logic_vector(to_unsigned(0,64));if EN='1' then

DOUT(to_integer(unsigned(DIN))) <= '1';end if;

end process;end behave;

4. shift_left() and shift_right()

虽然有srl, sll, sra, sla这⼏个移位操作符，但是这⼏个操作符已经被 shift_left() and shift_right()这两个函数所取代，原因。

library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all;

use ieee.numeric_std.all; -- Needed for shiftsentity example_shift isend example_shift;

architecture behave of example_shift is

signal r_Shift1 : std_logic_vector(3 downto 0) := \"1000\"; signal r_Unsigned_L : unsigned(3 downto 0) := \"0000\"; signal r_Unsigned_R : unsigned(3 downto 0) := \"0000\"; signal r_Signed_L : signed(3 downto 0) := \"0000\"; signal r_Signed_R : signed(3 downto 0) := \"0000\"; begin

process is begin

-- Left Shift

r_Unsigned_L <= shift_left(unsigned(r_Shift1), 1); r_Signed_L <= shift_left(signed(r_Shift1), 1); -- Right Shift

r_Unsigned_R <= shift_right(unsigned(r_Shift1), 2); r_Signed_R <= shift_right(signed(r_Shift1), 2)； wait for 100 ns; end process;

end architecture behave;

shift_left() and shift_right()具体⽤法在此不赘述。

5. 总结

我个⼈觉得，虽然NUMERIC_STD有时候操作有点繁琐，但是更加规矩，并且可以有效避免⼀些错误，所以我觉得今后应该⾸选使⽤该库⽂件。