面向VHDL算法级行为描述的程序语言编译方法研究

论文摘要

VHDL是描述数字系统的硬件描述语言,C是编写顺序语句程序的高级编程语言。由于C语言结构清晰,可扩充性强,因此将C语言描述的源代码编译为VHDL描述的代码,用具有顺序特征的C语句描述的算法表征具有并发特征的VHDL电路设计,可以大大缩短进行数字系统设计的时间,降低系统设计的复杂度。本文对面向VHDL的算法级行为描述的程序语言编译方法进行了深入的研究。提出了将CDFG作为中间表示的方法,然后对本文提出的方法进行了实验,对生成的VHDL代码进行了仿真实验,并对实验结果进行了分析。首先,简要介绍了VHDL,并分析了C与VHDL的区别,还阐述了基本的编译技术及其发展概况。给出了面向VHDL算法级行为描述的程序语言编译方法的整体设计方案。然后,详细阐述了本文提出的编译方法的具体编译过程。为了清楚的说明编译的过程,给出了一个循序渐进的阐述过程:先介绍了词法分析和语法分析部分,然后在词法分析的基础上给出了由抽象语法树到CDFG再到VHDL代码的转化过程。详细研究了基于抽象语法树生成CDFG的过程。最后,将C代码作为输入数据,应用本文的编译方法实现了从C代码到VHDL代码的编译,并对输出的VHDL代码在仿真软件中进行了硬件功能的仿真。实验表明,该编译方法能够有效地实现由C语言描述的源代码到VHDL代码的编译。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题研究的意义概述
• 1.2 编译程序的发展历程
• 1.3 课题的主要研究内容
• 1.4 本论文的组织结构
• 第2章 VHDL及相关技术
• 2.1 VHDL语言简介
• 2.1.1 VHDL概念及特点
• 2.1.2 VHDL的能力范围
• 2.1.3 VHDL的三种描述风格
• 2.1.4 C与VHDL的语言的区别
• 2.2 编译技术
• 2.2.1 编译的作用
• 2.2.2 编译步骤
• 2.2.3 编译器中的主要数据结构
• 2.3 本章小结
• 第3章 编译方法整体设计
• 3.1 面向VHDL算法级行为描述的编译方法概述
• 3.2 编译器前端
• 3.2.1 词法分析
• 3.2.2 语法分析
• 3.3 编译器后端
• 3.3.1 内部表示模型
• 3.3.2 目标代码生成
• 3.4 本章小结
• 第4章 从源程序到抽象语法树的转换
• 4.1 词法分析
• 4.1.1 词法分析程序的生成器flex++
• 4.1.2 C语言中记号的正则表达式的结构
• 4.1.3 数据结构的设计与实现
• 4.1.4 词法分析程序的算法及其说明
• 4.2 语法分析
• 4.2.1 语法分析器的生成器bison
• 4.2.2 C语言文法产生式的设计
• 4.2.3 数据结构的设计与实现
• 4.2.4 语法分析程序的算法及其说明
• 4.3 抽象语法树AST
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于AST生成目标代码
• 5.1 编译器内部表示模型CDFG
• 5.1.1 内部表示模型
• 5.1.2 CDFG模型
• 5.2 生成CDFG
• 5.2.1 建立CDFG的数据结构
• 5.2.2 基于抽象语法树生成CDFG总体算法
• 5.3 基于CDFG生成VHDL代码
• 5.4 本章小结
• 第6章 编译结果及验证
• 6.1 验证流程
• 6.2 C to VHDL的操作语句算法
• 6.3 仿真验证
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 编译结果
• 攻读硕士期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢