唐龍

摘要：計(jì)算機(jī)中十進(jìn)制和二進(jìn)制數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，一般是通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是基于馮·諾依曼結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)，其指令是順序執(zhí)行的；而FPGA是并行執(zhí)行方式，適合真正意義上的并行任務(wù)處理。因此基于VHDL編程實(shí)現(xiàn)從整數(shù)中提取個(gè)十百位，其執(zhí)行速度要比采用軟件語(yǔ)言編程快得多。

關(guān)鍵詞：VHDL；進(jìn)制轉(zhuǎn)換；算法；效率

0.引言

歷史上第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)ENIAC是一臺(tái)十進(jìn)制機(jī)器，其數(shù)字以十進(jìn)制表示，并以十進(jìn)制形式運(yùn)算。而自然界具有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的組件普遍存在，如開關(guān)的開和關(guān)，電路的通和斷，電壓的高和低等，非常適合表示計(jì)算機(jī)中的數(shù)。因此，現(xiàn)在改為二進(jìn)制計(jì)算機(jī)。但由于二進(jìn)制數(shù)不直觀，人們?cè)诓僮饔?jì)算機(jī)時(shí)，輸入、輸出的數(shù)據(jù)一般使用十進(jìn)制，因此需要通過(guò)軟件將十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制。但是基于馮·諾依曼結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)在運(yùn)行程序時(shí)，均為先取出指令然后執(zhí)行，并且指令是順序執(zhí)行的，其運(yùn)算效率較低；而FPGA（包括CPLD）是并行執(zhí)行方式，即當(dāng)時(shí)鐘沿到來(lái)時(shí)，所有的觸發(fā)器都會(huì)動(dòng)作，其執(zhí)行效率較高。以下給出了兩種基于VHDL編程的從整數(shù)中提取個(gè)十百位的算法。

1.算法一

求余->除->再求余->再除……

例如：

…… --此處省略庫(kù)和實(shí)體描述

architecture bhv of conv is

begin process（clk，in8） --in8為輸入的8位二進(jìn)制數(shù)

variable tmp，q1，q2：integer range 0 to 255； --定義3個(gè)變量

begin tmp：=conv_integer（in8）； --將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)

q1：=tmp/10； q2：=q1/10； --除以10

if clk'event and clk='1' then

out1<=conv_std_logic_vector（tmp rem 10，4）； --除10取余后轉(zhuǎn)換為4位二進(jìn)制數(shù)

out2<=conv_std_logic_vector（q1 rem 10，4）；

out3<=conv_std_logic_vector（q2 rem 10，4）；

end if； end process； end bhv；

程序執(zhí)行后，out1，out2，out3分別是個(gè)位，十位，百位。

2.算法二

在FPGA內(nèi)部定義3個(gè)寄存器，分別表示個(gè)位、十位、百位，讓其實(shí)現(xiàn)0—999的千進(jìn)制計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值等于輸入的整數(shù)值時(shí)，計(jì)數(shù)停止，然后按順序提取個(gè)十百位。

例如：

…… --此處省略庫(kù)和實(shí)體描述

architecture a of conv is

signal da，db，dc：std_logic_vector（3 downto 0）；

--定義3個(gè)信號(hào)，分別代表個(gè)十百位

begin process（clk，in8） --in8為輸入的8位二進(jìn)制數(shù)

variable tmp： integer range 0 to 999 ：=0； --定義1個(gè)變量，初始值為0

beginif（clk'event and clk='1'） then

if（tmp

if（da=9 and db=9 and dc=9） then --以下為千進(jìn)制計(jì)數(shù)

da<="0000"； db<="0000"； dc<="0000"；

elsif（da=9 and db=9） then da<="0000"； db<="0000"； dc<=dc+1； tmp：=tmp+1；

elsif（da=9）then da<="0000"； db<=db+1； tmp：=tmp+1；

else da<=da+1； tmp：=tmp+1； end if；

else --當(dāng)計(jì)數(shù)值等于輸入的整數(shù)值時(shí)，計(jì)數(shù)停止，然后按順序提取個(gè)十百位。

tmp：=0； da<="0000"； db<="0000"； dc<="0000"；a0<=da； a1<=db； a2<=dc；

end if； end if； end process； end a；

程序執(zhí)行后，a0，a1，a2分別是個(gè)位，十位，百位。

3.結(jié)束語(yǔ)

在數(shù)據(jù)處理中經(jīng)常會(huì)遇到二進(jìn)制與十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換，但由于MCU、CPU、DSP等的內(nèi)部結(jié)構(gòu)都是設(shè)計(jì)好的，所以只能通過(guò)軟件編程來(lái)進(jìn)行順序處理，速度相對(duì)較慢，F(xiàn)PGA則可以并行處理，完全可以將一個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)作為輸入，然后直接在內(nèi)存中輸出對(duì)應(yīng)的ASCII碼，這個(gè)速度是非常快的，只受限于內(nèi)存讀取速度。

參考文獻(xiàn)

[1] 潘松，黃繼業(yè).EDA技術(shù)實(shí)用教程—VHDL版[M].北京：科學(xué)出版社，2010.

[2] 何小海，嚴(yán)華.微機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2006.