Verilog到VHDL转换的经验与技巧总结

Verilog语言和VHDL语言是两种不同的硬件描述语言，但并非所有人都同时精通两种语言，所以在某些时候，需要把Verilog代码转换为VHDL代码。本文以通用的XHDL工具为例对Verilog转换到VHDL过程中存在的问题进行了总结，欢迎批评指正。

当我们刚开始学习FPGA时，一定会遇到一个问题：

学习Verilog还是VHDL？

等我们学习FPGA到一定程度参加面试时，面试者也会问你一个问题：

你以前用Verilog还是VHDL开发？

你已经习惯某种语言，也发现语言不是学习FPGA时需要考虑的问题，它仅仅是硬件描述语言工具而已。可是，当你发现一份和你使用语言不同的代码作为参考时，你又开始想：

我以后的工作是不是要二种语言都会，这样工作才会得心应手？

事实上，两种语言之间是可以相互转换的。

对于我们做FPGA开发人员来说，如何快速在Verilog和VHDL之间互转，加快开发产品的进度，而不是因为只懂某一种语言而局限了自己的开发。

Vivado可以看两种语言的差异

Verilog与VHDL语法是互通且相互对应的，如何查看二者对同一硬件结构的描述，可以借助EDA工具，如Vivado，打开Vivado后它里面的语言模板后，也可以对比查看Verilog和VHDL之间的差异。

XHDL软件

转换所用软件如下图所示：

上图是把转换成VHDL格式的代码，再转换回verilog后与原代码对比的图，可以看出，一些注释之类的信息都没有了，原来的代码规范和风格也发生了变化。

在转换的过程，该软件对代码中的汉语注释不支持，如果出现汉字就无法转换。

笔者之前就曾试着写过Verilog转VHDL代码的工具，见：Verilog HDL代码转VHDL代码，无奈因为不是软件开发出身，写出来的东西通用性和完善性很差。写到此处，再次想起汉天下董事长杨清华所说的话，互联网讲究的是差异化的商业模式，很牛的产品定义，早期不看销售额而看流量，越快越好。这对IC是很可怕的事情，让整个产业变得很浮躁。互联网的模式，在某种程度上是毒瘤。发展集成电路芯片，需要把互联网的模式认知去除。芯片行业需要长期积累、持续关注，需要八年、十年的积累，这个耐心和耐性很重要。

试想一下，如果这么一个简单的小软件是互联网领域经常用到的，估计早已经遍地都是了吧，并且也都很好用呢！

以下仅对Verilog转VHDL过程中出现的问题进行说明。

Xhdl软件转换后状态机的问题

含有状态机的Verilog代码被xhdl软件转换后会出现两种情况：

1、当verilog代码中parameter常量写在紧挨着端口位置时，xhdl软件会将其转换为vhdl中的generic内的可传递的参数，如图：

2、当parameter在其它地方出现时，xhdl会将其转换为constant常量，如图：

无论哪种方式，将其中有错误的地方改正后，都不会出现状态机运行出错，也就是不用将这种状态机书写方式更改为vhdl语法中专门的状态机书写方式。

function转换位置出现问题

在用xhdl软件完成转换后会出现function写在了process块内的情况，出现此问题应将function改在architecture下面（与定义信号在相同的位置）。

信号只能赋值给与它位宽类型相同的信号

如下图中的两个信号：

b <= a;

在verilog中此种赋值方式意思是将a的前3位赋值给b，但是在vhdl中此种赋值方式会报出位宽不匹配的错误，应将其更改为：

b <= a(2 downto 0);

同时需要注意a、b的数据类型必须相同，如图中必须都为std_logic_vector类型。

没有逻辑与，需用其它办法解决

在vhdl中没有逻辑与（verilog中的&&），只有按位与（verilog中的&，vhdl中的and），所以verilog中的逻辑与，在vhdl中有时需要用等价的方式替换，比如：

需要替换为：

注意数据类型转换符号使用的是否正确

在vhdl中有多种数据类型，它们之间可以通过数据类型转换符号相互转换。在xhdl软件中，数据类型转换一般都会出现错误，具体的原因是转换符号使用错误，而在vhdl的语法书上介绍的并不全面。下面介绍几中常用的数据类型转换符号：

1、IEEE.std_logic_1164.all库中包含的：

（1）bit_vector to std_logic_vector ：

=to_stdlogicvector（bv_sig）；

（2）std_logic_vector to bit_vector ：

=to_bitvector();

2、IEEE.std_logic_arith.all库中包含的：

integer to std_logic_vector ：

=CONV_STD_LOGIC_VECTOR(,);

3、IEEE.std_logic_signed.all库中包含的：

std_logic_vector to integer ：

=CONV_INTEGER();

注意：选用某种数据类型转换符号的时候一定要确认是否包含了相应的库。

其它转换符号可以在如下图的ise软件相应的目录下查找

if后的判断语句在某些情况会出现语法没错误逻辑出现错误

此种情况比较少见，但是一般很难发现，只有通过大量仿真找到错误。具体情况如下图：

原verilog代码：

if((MDR_port_i&outport)==32'b0)

Xhdl软件转换后语法无错误逻辑出现错误：

IF((MDR_port_i/="0000000000000000000000000000000")ANDoutport/="0000000000000000000000000000000"=false)

修改后：

IF((MDR_port_iANDoutport)="0000000000000000000000000000000")

个人总结：在原verilog代码中，当if后的判断句出现按位与（&）时，Xhdl软件转换成vhdl后很大可能会出现语法正确逻辑错误。

并置运算时遇到的问题

由于在verilog语法中，位宽不同的两个信号也可以相互赋值，但是在vhdl中对此有严格要求位宽相同，而xhdl软件在转换的时候不会检测这些，所以经常会出现位宽不匹配的情况，尤其是在并置运算时，所以要严格检查并置后的位宽与所赋值信号是否相同。

在verilog中某一信号可以赋值给几个并置的信号，但是在vhdl中不允许这么做，除非左侧并置的都为std_logic类型信号，右侧为std_logic_vector类型信号，注意此时在vhdl中并不是用“&”这个并置运算符，而是“，”。（bit以及bit_vector是否有相似功能暂时未知）具体情况如图：

错误，因为b是std_logic_vector类型

正确情况如下图：

Bool类型的运用以及会出现的问题

在verilog中几个信号经过关系运算后返回的值是1或者0，但是在vhdl中返回的确是bool类型的值，也就是说返回的是true或者false。

1、vhdl中在if后的判断条件最后必须为布尔类型，如图：

2、verilog和vhdl中信号经过关系运算后返回值的区别，如图：

When-else语句不能用在process块内

软件转换后的when-else语句常常被放在process块内，导致出现问题。因为when-else语句是并行信号赋值语句，它本身就相当于一个进程process，因此不能放在进程体中。进程是不能够嵌套的。

位移操作左侧为bit类型，右侧为integer类型

Verilog中的位移运算经xhdl软件转换后必出现错误，错误的原因是转换成vhdl代码后位移符号两侧数据类型出错，如图

错误情况：

修改后的正确格式：

位移符号左侧应该是bit类型，所以将std_logic_vector类型的信号转换为bit类型，数字“63”默认为integer类型，位移后的结果仍然为bit类型，所以需要将其装换为std_logic_vector类型，并赋值给相同类型的信号。

真双口RAM的IP核的使能信号

注意真双口RAM的IP核的使能信号的数据类型，在顶层例化时要注意要只取使能信号第0位的与信号连接的方式。

由于真双口RAM在例化后“wea”“web”为std_logic_vector（0 downto 0），所以要取这两个端口的0位与信号连接。

while循环

在vhdl中不要使用while循环，会出现问题，将while循环换为for循环

top层输入输出端口不接信号的情况

1、在top层，例化的某个模块输出端口不连信号时，只需要在例化此模块处将此端口删除或注释掉即可，如图：

2、当在top层例化的某一模块的输入端口无信号连接时，必须将此端口处连接“U（未初始化）”状态（理论上讲将“U”换为“Z”也可以，但实际上会报出语法错误，在vhdl语法书上说是连接“open”状态，实际测试也会报错），如图：

case语句的注意事项

在vhdl的case语句的语法中，只有分支将所有条件都覆盖后才可以不使用“when others =>”（相当于verilog的default），但是实际中几乎不可能包括所有情况（因为必须连高阻，不定态等状态都包含进去），所以需要在case语句分支条件增加“when others =>”。对于原verilog代码中default后没有任何表达式的情况，在vhdl中对应的地方写上“null”，如图：

组合逻辑转换时遇到的问题

当含有“always（*）”这类组合逻辑的verilog代码经xhdl软件转换后以下两种情况需要注意：

1、当是三段式状态机中的“always（*）”被转换时，注意去除其中的状态常量。

2、由于vhdl规定case后的判断条件必须是单一信号，所以当原verilog代码中，case后面的判断条件不是单一信号，而是几个信号的组合时，xhdl软件会将这几个信号的组合用组合逻辑赋给一个新的信号，后将新的信号放在case的判断逻辑处，此时需要注意查看组合逻辑块的触发信号是否包含此新生成的信号，具体如图：

仿真时注意时钟的问题（上板不会出现此问题）

在使用modelsim对vhdl代码进行仿真时，会出现如图的情况：

具体的操作就是对c_o信号打拍，可以发现第一拍没有打上（实际是打上了）,该测试程序的原理图如图：

C将时钟clk_c_to_b和一个信号c_o传递给b，c_o使用时钟clk生成的，在b内用c给的时钟来给c_o打拍。最后发现仿真之所以会出现上面的情况，主要是因为在模块c内对时钟clk进行了一次处理后赋给b（如在c内部进行了clk_c_to_b <= clk），导致出现了如下的波形情况：

如果你在使用VHDL与Verilog转换过程中遇到了上面没有提到的问题，欢迎留言讨论。或者你有更好的办法完成两种语言之间的转换，也请不吝赐教！

审核编辑：黄飞