如何获得两个时间值之间的真实类型比率？

Question

VHDL 中有两个

time

值，例如：

constant t_1 : time :=   1 us;
constant t_2 : time := 300 ms;

如何计算以

time

类型表示的两个

real

值之间的比率？

用“：”表示的比率应例如给出：

• t_1 : t_2 = 3.333333e-006

• t_2 : t_1 = 3.000000e+005

面临的挑战是，两种物理类型的 VHDL 除法（如执行

t_1 / t_2

）返回一个（通用）整数，因此

t_1 / t_2

的结果为 0，而不是 0.0 和 1.0 之间的所需值。

该解决方案应该是普遍适用的，并且也适用于最短时间超过

1 fs

的模拟器。

Answer 1

Modelsim 有一个

modelsim_lib.util

包，其中包含

to_real()

函数，Aldec 在

aldec.aldec_tools

中有相同的功能。

如果您需要一个可用于综合生成常量的便携式解决方案，我有一个 timing_ops 包，其中包含

to_real()

函数以及许多其他与时间相关的实用程序。

to_real()

函数会进行到整数的中间转换，但会通过预缩放来智能地处理超出典型 32 位整数范围的大值 64 位时间。如果可用，则支持 64 位整数。转换函数通过使用 VHDL-2008

resolution_limit

函数的修改版本来了解当前时间分辨率。当模拟器分辨率尽可能大时，您将获得最佳的整数转换精度。在 1fs 分辨率下，您可能会失去一些大时间值的准确性。当进行时间 -> 实际 -> 时间的往返转换时，它将保留 IEEE 64 位浮点尾数中可用的最大 53 位。

这个包有两个版本。主要的定义了频率的物理类型，可以在 Quartus 和 Vivado（以及任何模拟器）中工作，但不能在 XST 中工作。精简的 timing_ops_xilinx 删除了物理类型以支持 XST。逻辑包名称仍然保留

timing_ops

，因此您的代码仍然可以移植，只需在库映射中进行更改即可。

Answer 2

我也尝试进行此类计算，但在某些供应商工具上失败了......我当前的解决方案是使用实常数来表示以 ns 为单位的计时或以 MHz 为单位的频率。如果我需要具体的时间，我将实常数乘以 1 ns，得到一个时间。

-- specify timing in microseconds
constant myTiming_us : real := 100.0;

-- scale timing and convert it to a time
constant myTime : time := 1 ns * myTiming_us * 1000.0;

编辑1：

耶！我发现我的旧错误/错误注释为什么我不直接使用时间类型......

以下所有注释均于 2011 年使用 Xilinx XST O.61xd 版本进行了测试 - 如果我没记错的话，这是 ISE 13.2。

这是我的笔记：

-- type TIME is not supported in Xilinx Synthese Tools (XST) - Version O.61xd 2011
--  declaration of constants with type TIME => ERROR
--  usage of type TIME in functions         => ERROR

function kHz2Time(Freq_kHz : POSITIVE) return TIME is
begin
    return 1.0 ms / real(Freq_kHz);
end;

-- has no static result in Xilinx Synthese Tools (XST) - Version O.61xd 2011
function kHz2Time(Freq_kHz : REAL) return TIME is
begin
    return 1.0 ms / Freq_kHz;
end;

-- has no static result in Xilinx Synthese Tools (XST) - Version O.61xd 2011
function kHz2Time(Freq_kHz : REAL) return TIME is
  constant result : TIME := 1.0 ms / Freq_kHz;
begin
    return result;
end;

所有 3 个变体均已注释（此处未注释以使用语法突出显示），并且在 XST 13.2 中不起作用。如果我没记错的话，iSim 13.2 这段代码没有问题。

编辑2：

我再次在 ISE 14.7 下运行测试，到目前为止它似乎工作正常。 这样“没有静态结果”的问题就解决了。 TIME 类型的常量也可以用于综合。

此外，还可以定义新的物理时间：

-- not yet supported by Xilinx Synthese Tools (XST) - Version 13.2 (O.61xd 2011)
type FREQ is range 0 to INTEGER'high units
    Hz;
    kHz = 1000 Hz;
    MHz = 1000 kHz;
    GHz = 1000 MHz;
end units;

频率到时间的转换有点棘手：

function to_time(Frequency : FREQ) return TIME is
    variable Result : TIME;
begin
    assert MY_VERBOSE report "to_time: Frequency = " & FREQ'image(Frequency) severity note;

    if (Frequency < 1.0 kHz) then
        Result := (1.0 / real(Frequency / 1.0  Hz)) * 1.0 sec;
    elsif (Frequency < 1.0 MHz) then
        Result := (1.0 / real(Frequency / 1.0 kHz)) * 1.0 ms;
    elsif (Frequency < 1.0 GHz) then
        Result := (1.0 / real(Frequency / 1.0 MHz)) * 1.0 us;
    else
        Result := (1.0 / real(Frequency / 1.0 GHz)) * 1.0 ns;
    end if;

    assert MY_VERBOSE report "  return " & TIME'image(Result) severity note;
    return Result;
end function;

XST 14.7 和 iSim 14.7 不再抱怨此代码。