VHDL计算最大公约数的实现

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-- timer interrupt
-- xiaoyang@2011.4.18
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-- 7段显示码模块（共阴）
-- 最大公约数硬件
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-- 输入:clk，xin，yin；准备信号rdy；
-- 输出:digitron1七段显示码输出;state_out计算状态
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-- enable=0，ready=0载入数据
-- enable=1
--    ready=0，计算，正忙
--    ready=1，计算完毕，显示
-- state_out将显示ready的状态
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library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;

entity gcd is
    port(
        clk: in std_logic;
        xin: in std_logic_vector(5 downto 0);
        yin: in std_logic_vector(5 downto 0);
        enable: in std_logic;
        
        digitron1    :out std_logic_vector(8 downto 0); --7 segment display
        state_out    :out boolean
    );
end gcd;

architecture rt1 of gcd is
    --for xin,yin
    signal xx,yy :    std_logic_vector(5 downto 0);
    signal ready:boolean := true;--用来对loop计算最小公约数，计算完毕后设置over为true
    constant num0 : std_logic_vector(5 downto 0) := "000000";
    constant num1 : std_logic_vector(5 downto 0) := "000001";
    constant num2 : std_logic_vector(5 downto 0) := "000010";
    constant num3 : std_logic_vector(5 downto 0) := "000011";
    constant num4 : std_logic_vector(5 downto 0) := "000100";
    constant num5 : std_logic_vector(5 downto 0) := "000101";
    constant num6 : std_logic_vector(5 downto 0) := "000110";
    constant num7 : std_logic_vector(5 downto 0) := "000111";
    constant num8 : std_logic_vector(5 downto 0) := "001000";
    constant num9 : std_logic_vector(5 downto 0) := "001001";
begin
    --p1 process for gcd calculate--
    p1:process(clk)
    variable tmpxx,tmpyy:    std_logic_vector(5 downto 0);
    begin
        if(clk' event and clk='1')then
            --在enable为高时计算数据或者显示结果
            if(enable='1')then
                --ready为true表示计算完成，显示结果
                if(ready=true) then
                    case xx is
                        when num0 => digitron1<="000000000";--"111111000";--show:'0',code:[a-g-dp-com]=111111000
                        when num1 => digitron1<="000000001";--"000011000";--show:'1'
                        when num2 => digitron1<="000000010";--"110110100";--show:'2'
                        when num3 => digitron1<="000000011";--"111100100";--show:'3'
                        when num4 => digitron1<="000000100";--"011001100";--show:'4'
                        when num5 => digitron1<="000000101";--"101101100";--show:'5'
                        when num6 => digitron1<="000000110";--"101111100";--show:'6'
                        when num7 => digitron1<="000000111";--"111000000";--show:'7'
                        when num8 => digitron1<="000001001";--"111111100";--show:'8'
                        when num9 => digitron1<="000001010";--"111101100";--show:'9'
                        when others => digitron1<="111111111";--"000000100";--show:'-'
                    end case;
                --ready为flase表示正在计算
                else
                    --calculate
                    if(yy = num0)then--cal complete
                        ready <= true;
                    else
                        if(xx < yy)then
                            tmpxx := xx;
                            tmpyy := yy;
                            xx <= tmpyy;
                            yy <= tmpxx;
                        else
                            xx <= (xx-yy);
                        end if;
                    end if;
                end if;
            else
                --在enable为低时载入数据xin,yin
                xx <= xin;
                yy <= num6;
                --tmpxx <= num0;
                
                if(xx < yy)then
                    tmpxx := xx;
                    xx <= yy;
                    yy <= tmpxx;
                end if;
                ready <= false;
            end if;
            
            --show stat
            state_out <= ready;
        end if;
        
    end process p1;
end rt1;

题目是设计最大公约数硬件实现

求两个自然数最大公约数的专用处理器。计算完成后用七段译码器将结果显示出来。需要考虑如何输入这两个自然数，如有必要，可以预置一个自然数，另一个靠外部输入。

考虑到开发板的资源限制，设计中输出仅为一个七段显示码。即只能计算出最大公约数只有1位的一对数的。

由于VHDL的loop语句仅仅在仿真时有用，并不能综合，而初学者又容易进入软件设计中的“循环”的概念中，极容易犯错。VHDL是硬件描述语言，并没有循环的概念，主要描述是什么样的组合逻辑部分(运算），有什么样的存储单元（变量)，以及怎么样的状态转换（State Machine）。一般来说，对于类似循环的计算逻辑，可以用start/enable之类的信号来控制你的逻辑部分（set），然后运算结束之后设定标志位（done/finish/ready）。

对于本实验来说也可以用状态机实现。逻辑会相对清晰。

模拟波形分析（1）:0x04和0x06最大公约数

模拟波形分析（2）:0x01和0x06最大公约数