1. VHDL目前常用庫檔案

目前寫VHDL程式時，大部分人已經熟悉的庫呼叫如下所示：

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_arith.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all; --或者 use ieee.std_logic_signed.all;

這幾個庫檔案的原始碼可以在IEEE庫檔案連結中檢視，首先闡述一下這些檔案的內容和主要作用：
- std_logic_1164 : 聲明瞭std_Ulogic型別及其決斷子型別std_logic，也聲明瞭這種型別構成的陣列std_logic_vector,還有這些型別的邏輯運算子函式

。如果你需要使用std_logic型別，並只做邏輯類運算的話。就只需要宣告 LIBRARY IEEE和 USE std_logic_1164.ALL就可以了。
- std_logic_arith : 聲明瞭signed和unsigned兩種資料型別。這兩種資料型別與std_logic_vector很相似，在後面詳細解釋。該庫函式只對 integer、signed、unsigned以及std_ulogic的算術運算（包括型別轉換）做了定義！
注意：該庫函式無法對STD_LOGIC_VECTOR做任何運算。
- std_logic_unsigned/std_logic_signed : 這兩個庫檔案是對std_logic_arith 的延伸，適用與對STD_LOGIC_VECTOR進行運算，std_logic_unsigned將會把STD_LOGIC_VECTOR轉換成無符號數進行運算；而std_logic_signed 將把STD_LOGIC_VECTOR轉換成有符號數進行運算。

2. signed、unsigned以及std_logic_vector之間的區別

在講述NUMERIC_STD之前先來闡述幾點小問題。首先就是signed與unsigned這兩種資料型別。他們的定義為：

type UNSIGNED is array (NATURAL range <>) of STD_LOGIC;
type SIGNED is array (NATURAL range <>) of STD_LOGIC;

與std_logic_vector的定義完全相同。所不同的是表示的意義不同。舉例來說：

“1001”的含義對這三者而言是不同的：
*std_logic_vector : 簡單的四個二進位制位；
*unsigned : 代表數字9；
*signed : 代表數字 -7（補碼錶示的）；

一定要重視signed與unsigned這兩種型別。

3. NUMERIC_STD

終於來到了故事的主人公： NUMERIC_STD。使用NUMERIC_STD可以完全替代std_logic_arith、std_logic_unsigned、std_logic_signed這三個庫檔案！
- 首先，NUMERIC_STD這個庫檔案才是血統最正的IEEE庫檔案！！上述的其他三個其實都是Synopsis 這個公司的，但是由於這個公司搶先了一步，所以佔據了大量的使用者資源。
- std_logic_arith、std_logic_unsigned、std_logic_signed的問題在於當在同一檔案中同時使用signed和unsigned時，會出現函式過載的衝突，導致錯誤。
- 其次，NUMERIC_STD是完全基於signed和unsigned所寫的算術過載函式和資料型別轉換函式。不管是INTEGER還是STD_LOGIC_VECTOR要進行算術運算，都必須轉換為signed和unsigned兩種資料型別。


下面舉個例子來說明NUMERIC_STD庫的使用。

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.numeric_std.all;
entity decode is 
port
(
  DIN : IN STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0);
  EN : IN STD_LOGIC;
  DOUT : OUT STD_LOGIC_VECTOR(63 DOWNTO 0)
);
end decoder;
architecture behave of decoder is 
begin
DOUT <= std_logic_vector(to_unsigned(0,64));
if EN='1' then
DOUT(to_integer(unsigned(DIN))) <= '1';
end if;
end process;
end behave;

4. shift_left() and shift_right()

雖然有srl, sll, sra, sla這幾個移位操作符，但是這幾個操作符已經被 shift_left() and shift_right()這兩個函式所取代，原因移位操作運算子的發展歷史。

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.numeric_std.all;               -- Needed for shifts
entity example_shift is
end example_shift;
architecture behave of example_shift is
  signal r_Shift1     : std_logic_vector(3 downto 0) := "1000";
  signal r_Unsigned_L : unsigned(3 downto 0)         := "0000";
  signal r_Unsigned_R : unsigned(3 downto 0)         := "0000";
  signal r_Signed_L   : signed(3 downto 0)           := "0000";
  signal r_Signed_R   : signed(3 downto 0)           := "0000";  
begin
  process is
  begin
    -- Left Shift
    r_Unsigned_L <= shift_left(unsigned(r_Shift1), 1);
    r_Signed_L   <= shift_left(signed(r_Shift1), 1);
    -- Right Shift
    r_Unsigned_R <= shift_right(unsigned(r_Shift1), 2);
    r_Signed_R   <= shift_right(signed(r_Shift1), 2)； 
    wait for 100 ns;
  end process;
end architecture behave;

shift_left() and shift_right()具體用法在此不贅述。

5. 總結

我個人覺得，雖然NUMERIC_STD有時候操作有點繁瑣，但是更加規矩，並且可以有效避免一些錯誤，所以我覺得今後應該首選使用該庫檔案。