如何将大整数转换为 vhdl 中的小整数？答案

【问题标题】：How to convert big integers to smaller integers in vhdl?如何将大整数转换为 vhdl 中的小整数？
【发布时间】：2017-04-09 01:36:49
【问题描述】：

我有 VHDL 代码，我试图将像素值相乘。我有以下实体：

entity xGradient is

port(
    clk : in std_logic;
    x11, x12, x13, x21, x22, x23, x31, x32, x33 : in integer range 0 to 255;
    gradientInX : out integer range 0 to 255
);

end xGradient;

我对这些做了如下操作：

gradientInX <= x11 + 2*x21 + x31 - x13 - 2*x23 - x33;

您可能注意到的问题是，从操作中获得的值超出了我的输出整数的可能值范围。发生这种情况时，我的模拟会崩溃。我不知道我想要做什么的正确词，因此似乎无法弄清楚如何解决这个问题，这让我发疯。我基本上只是想截断或减小输出的大小以确保它适合 gradientInX 输出端口。我尝试使用这样的进程块：

-- declared signals
signal gradientMem: integer;

--beginning of my architecture
begin 

SobelOperator : process(gradientMem)

begin
    gradientMem <= x11 + 2*x21 + x31 - x13 - 2*x23 - x33;

    if (gradientMem > 255) then
        gradientMem <= 255;
    elsif (gradientMem < 0) then
        gradientMem <= 0;
    end if;

end process SobelOperator;

然后将 gradientMem 分配给 gradientInX 但由于某种原因它不起作用。任何帮助将不胜感激。注意：我没有包含所有的 VHDL 代码，因为我认为它会不必要地长。我得到的错误消息是操作的信号结果值超出范围（因为结果值为负并且输出的范围仅为 0 到 255）。

马修

【问题讨论】：

您的问题遗漏了两个重要部分：1）gradientMen 的声明和 2）错误消息。 VHDL 检查分配的范围界限。你想创建一个饱和算法。所以用更大的范围定义gradientMem。
我刚刚对其进行了编辑以包含这些内容。我想我的主要问题是敏感度列表不正确。我还想知道 VHDL 是否具有整数特定操作，可以强制结果进入某个范围，但我想不存在这样的功能或操作，所以我只需要自己实现它。无论哪种方式，我的问题似乎都解决了。感谢您的回复，并随时添加任何其他内容。

标签： vhdl

【解决方案1】：

这是您应该使用变量而不是信号的少数情况之一。

SobelOperator : process(x11, x21, x31, x13, x23, x33)
    variable gradientMem : integer;
begin
    gradientMem := x11 + 2*x21 + x31 - x13 - 2*x23 - x33;

    if (gradientMem > 255) then
        gradientMem := 255;
    elsif (gradientMem < 0) then
        gradientMem := 0;
    end if;
    gradientInX <= gradientMem;
end process SobelOperator;

顺便说一下，这个操作叫做clipping。

如果要截断，过程应该写成这样：

SobelOperator : process(x11, x21, x31, x13, x23, x33)
    variable gradientMem : integer;
begin
    gradientMem := x11 + 2*x21 + x31 - x13 - 2*x23 - x33;

    gradientInX <= gradientMem mod 256;
end process SobelOperator;

【讨论】：

【解决方案2】：

正如@Paebbels 在评论中所建议的那样，gradientMem 的范围很可能不足以处理操作的输出。

注意事项：在整数运算中，中间范围（大部分）被视为 32b 有符号，并在赋值中检查范围。这为综合工具提供了很多推测，并且可以产生比最佳设计更大的设计。

为了克服这个问题，ieee.numeric_std.all 用于无符号和有符号类型和操作。这给出了对中间向量长度的绝对控制。这也迫使您了解加法、减法、乘法等通常有助于 RTL 设计的情况。

但是，需要注意的是，在向量形式中，操作是成对评估的，使用两者中最长的一个作为中间向量长度。

例如：

  process
    variable i1      : integer range 0 to 15 := 15;
    variable i2      : integer range 0 to 15 := 9;
    variable i3      : integer range 0 to 15 := 11;
    variable i4      : integer range 0 to 31 := 2;
    variable iSum    : integer range 0 to 63;
    variable u1      : unsigned(3 downto 0) := to_unsigned(15,4);
    variable u2      : unsigned(3 downto 0) := to_unsigned(9,4);
    variable u3      : unsigned(3 downto 0) := to_unsigned(11,4);
    variable u4      : unsigned(5 downto 0) := to_unsigned(2,6);
    variable uSum    : unsigned(5 downto 0);
  begin
    iSum := i1 + i2 + i3 + i4;
    uSum := u1 + u2 + u3 + u4;
    write(output, "int: " & to_string(iSum) & lf &
                  "us : " & to_string(to_integer(uSum)) & lf);
    wait;
  end process;

给予：

# int: 37
# 我们：5

使用括号解决问题：

uSum := (u1 + (u2 + (u3 + u4)));

【讨论】：

【解决方案3】：

您的进程SobelOperator : process(gradientMem) 的敏感度列表中有错误。这里必须是影响结果信号的信号，换句话说，这是一个进程敏感的信号列表。所以应该有x11、x21、x31、x13、x23和x33之类的SobelOperator : process(x11, x21, x31, x13, x23, x33)

【讨论】：

您好，感谢您的回复！是的，我实际上在写下我的问题时注意到了这一点。我会尝试解决这个问题，看看会发生什么。我仍然想知道数字库中是否有一个函数，例如，它将整数信号从一个范围截断到一个更小的范围。
对于输出的截断，您可以使用 std_logic_vector 类型并从总线中获取您需要的位，然后如果您需要输出为 integer 类型，则将其转换为整数
是的，灵敏度列表是错误的，但这不是他的范围问题的原因......
@Paebbles 我无法添加 cmets，因为我没有足够的声誉，所以我将其发布为答案。或者我该怎么办？
写一个答案是可以的，但仅仅改变敏感度列表是不够的。它不能解决越界错误。