理解 VHDL 中信号与变量的区别

上一教程探讨了如何在进程内声明变量。变量适合局部算法工作，但无法在进程外被看到。当需要与其他设计部分共享值时，应使用信号。

信号声明在架构的声明区域——即 architecture <architecture_name> of <entity_name> is 与 begin 关键字之间。

本文属于基础 VHDL 教程系列。

声明信号的语法：
signal <name> : <type>;

信号可选带初始值：
signal <name> : <type> := <initial_value>;

练习

本视频教程教你如何声明信号，并发现变量与信号的核心区别。

本教程创建的最终代码：

entity T06_SignalTb is end entity;
architecture sim of T06_SignalTb is
  signal MySignal : integer := 0;
begin
  process is
    variable MyVariable : integer := 0;
  begin
    report "*** Process begin ***";
    MyVariable := MyVariable + 1;
    MySignal <= MySignal + 1;
    report "MyVariable=" & integer'image(MyVariable) & ", MySignal=" & integer'image(MySignal);
    MyVariable := MyVariable + 1;
    MySignal <= MySignal + 1;
    report "MyVariable=" & integer'image(MyVariable) & ", MySignal=" & integer'image(MySignal);
    wait for 10 ns;
    report "MyVariable=" & integer'image(MyVariable) & ", MySignal=" & integer'image(MySignal);
  end process;
end architecture;

ModelSim 仿真控制台输出：

VSIM 2> run
# ** Note: *** Process begin ***
# Time: 0 ns Iteration: 0 Instance: /t06_signaltb
# ** Note: MyVariable=1, MySignal=0
# Time: 0 ns Iteration: 0 Instance: /t06_signaltb
# ** Note: MyVariable=2, MySignal=0
# Time: 0 ns Iteration: 0 Instance: /t06_signaltb
# ** Note: MyVariable=2, MySignal=1
# Time: 10 ns Iteration: 0 Instance: /t06_signaltb
# ** Note: *** Process begin ***
# Time: 10 ns Iteration: 0 Instance: /t06_signaltb
# ** Note: MyVariable=3, MySignal=1
# Time: 10 ns Iteration: 0 Instance: /t06_signaltb
# ** Note: MyVariable=4, MySignal=1
# Time: 10 ns Iteration: 0 Instance: /t06_signaltb
# ** Note: MyVariable=4, MySignal=2
# Time: 20 ns Iteration: 0 Instance: /t06_signaltb ...

分析

我们创建了初始值均为 0 的信号和变量。尽管在进程中对它们做相同操作，控制台输出揭示了截然不同的行为。关键差异：

• 变量用 := 运算符，在进程内立即更新。
• 信号用 <= 运算符；新值被调度，仅在进程挂起（如遇 wait 语句）时生效。
• 信号在进程恢复前被多次赋值，只有最后一次赋值“生效”，因为早先调度的值被覆盖。

示例中，MySignal 前两次递增因在 wait for 10 ns; 前被覆盖而丢失。后续递增在挂起后出现，符合预期行为。

要点

• 需立即、本地更新的临时值用变量。
• 需向其他进程或组件传递变化用信号。
• 记住信号赋值是调度的，仅在进程暂停时提交；无暂停的多次赋值仅最后一个值生存。

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