VHDL：进程块内的多个上升沿检测

Question

我对 VHDL（以及一般的数字电路）还很陌生，我正在尝试使用 BCD 样式块来实现两位数的计数器。该电路的外部将有按钮，按下时会将感兴趣的数字提高一个（很像闹钟）。这是一个异步操作，将在某种形式的编辑模式（外部强制）下发生。我编写的代码在没有“elsifrising_edge(digitUp1)then”和“elsifrising_edge(digitUp1)then”块的情况下工作正常，但包含它们失败。我真的不知道为什么它不起作用或如何修复它。不断出现错误，例如“无法在此时钟边缘实现分配寄存器”、“无法推断 count2[3] 的寄存器，因为它的行为取决于多个不同时钟的边缘”和“无法推断寄存器” count2[3]”在 MinuteCounter.vhd(21)，因为它不会在时钟边沿之外保持其值”。任何帮助将不胜感激。

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_signed.all;

-- ToDo: ENFORCE ON ALL COUNTERS (externally) LOGIC TO PAUSE AT MAX/MIN

entity MinuteCounter is
port( clockIn, digitUp1, digitUp2, reset, counting, countUp : in std_logic;
      clockOut : out std_logic;
      BCD1, BCD2 : out std_logic_vector(3 downto 0));
end MinuteCounter;

architecture structure of MinuteCounter is
signal count1, count2 : std_logic_vector(3 downto 0);
signal carryOut : std_logic;
begin

process( clockIn, digitUp1, digitUp2, countUp, reset, counting)
begin 

    -- Asynchronous reset
    if reset = '1' then
        count1 <= "0000";
        count2 <= "0000";

    -- What to run when there's an active edge of the clock
    elsif rising_edge(clockIn) then

        -- Code to run when timer is running
        if counting = '1' then

            -- What to do when counting up
            if countUp = '1' then
                if ((count1 = "1001") and (count2 = "0101")) then
                    count1 <= "0000";
                    count2 <= "0000";
                    if carryOut = '0' then
                        carryOut <= '1';
                    else
                        carryOut <= '0';
                    end if;
                elsif count1 = "1001" then
                    count1 <= "0000";
                    count2 <= count2 + 1;
                else
                    count1 <= count1 + 1;
                end if;

            -- What to do when counting down (This logic is hard to understand)
            else
                if ((count1 = "0000") and (count2 = "0000")) then
                    count1 <= "1001";
                    count2 <= "0101";
                    if carryOut = '0' then
                        carryOut <= '1';
                    else
                        carryOut <= '0';
                    end if;
                elsif count1 = "0000" then
                    count1 <= "1001";
                    count2 <= count2 - 1;
                else
                    count1 <= count1 - 1;
                end if;
            end if;

        -- When counting is disabled, but there is an active edge (do nothing)
        else
            count1 <= count1;
            count2 <= count2;
        end if;

    -- Code to run when entering values (will not be run if counting = '1') << Externally enforced
    elsif rising_edge(digitUp1) then
        if count1 = "1001" then
            count1 <= "0000";
            count1 <= count1 + 1;
        else
            count1 <= count1 + 1;
        end if;

    -- Code to run when entering values (will not be run if counting = '1') << Externally enforced
    elsif rising_edge(digitUp2) then
        if count2 = "0101" then
            count2 <= "0000";
            count2 <= count2 + 1;
        else
            count2 <= count2 + 1;
        end if;

    -- What to do when there is no active edge or other events (nothing)
    else
        count1 <= count1;
        count2 <= count2;
    end if;

end process;

-- Assign outputs
BCD1 <= count1;
BCD2 <= count2;
clockOut <= carryOut;

end structure;

Answer 1

问题标题中解释了“为什么它不起作用”：进程块内的多个上升沿检测。

VHDL是为描述硬件而设计的，没有响应多个时钟信号的基本电路元件。所以你不能这样描述电路。

那你怎么解决呢？

您将电路转换为任何单个进程都只有一个时钟信号（以及您正确使用时可选的一个异步复位信号）的电路。这可以使用真实的寄存器和触发器来实现。

两种方式分别是：

1. 多个进程，使用信号在它们之间进行通信
2. 使用单个时钟的单个进程在主时钟沿对其他信号进行采样。

在这些之间做出正确的决定需要对设计有一些全面的了解。

这听起来好像所有三个时钟信号实际上都是按钮按下，而不是一个快速时钟。因此，您不能保证在按下另一个按钮时会有时钟沿。

所以这是前进的许多方法之一：制作一个时钟信号（在进程之外），它将涵盖所有三个输入事件。

my_clock <= clockIn or digitUp1 or digitUp2;

现在您可以使用此时钟重写该过程：

process(my_clock, reset) is
begin
   if reset = '1' then
      -- reset actions
   elsif rising_edge(my_clock) then
      -- what caused this event?
      if digitUp1 = '1' then      -- bump digit 1
      elsif digitup2 = '1' then   -- bump digit 2
      else                        -- count normally
      endif;
   end if;
end process;

注意事项：

1. 由于这是一个适当的同步过程，因此只有时钟和复位属于敏感度列表。
2. 虽然这在某种意义上可行，但可能不是客户想要的：例如，如果他按住所有三个按钮会发生什么？您可能想探索其他设计方法。