VHDLでソートをマスターする10のステップ

entity BubbleSort is
    Port ( data_in : in  array (0 to N-1) of integer;
           data_out : out array (0 to N-1) of integer);
end BubbleSort;

architecture Behavior of BubbleSort is
begin
    process(data_in)
    variable temp : integer;
    begin
        for i in 0 to N-2 loop
            for j in 0 to N-i-2 loop
                if data_in[j] > data_in[j+1] then
                    temp := data_in[j];
                    data_in[j] := data_in[j+1];
                    data_in[j+1] := temp;
                end if;
            end loop;
        end loop;
        data_out <= data_in;
    end process;
end Behavior;

library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

entity SelectionSort is
    Port ( clk : in STD_LOGIC;
           reset : in STD_LOGIC;
           start : in STD_LOGIC;
           data_in : in STD_LOGIC_VECTOR(7 downto 0);
           sorted_data_out : out STD_LOGIC_VECTOR(7 downto 0);
           done : out STD_LOGIC);
end SelectionSort;

architecture Behavioral of SelectionSort is
-- 以下は内部変数と配列の定義
signal internal_data : array(0 to 7) of STD_LOGIC_VECTOR(7 downto 0);
-- その他の必要な変数を定義

begin
-- ここに選択ソートのロジックを記述

end Behavioral;

library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

entity QuickSort is
    Port ( clk : in STD_LOGIC;
           start : in STD_LOGIC;
           data_in : in STD_LOGIC_VECTOR(15 downto 0);
           sorted : out STD_LOGIC_VECTOR(15 downto 0));
end QuickSort;

architecture Behavioral of QuickSort is
-- 必要な変数やサブルーチンをこちらに宣言

begin
    -- クイックソートのロジックを実装

end Behavioral;

library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

entity MergeSort is
    Port ( clk : in STD_LOGIC;
           start : in STD_LOGIC;
           data_in : in STD_LOGIC_VECTOR(15 downto 0);
           sorted : out STD_LOGIC_VECTOR(15 downto 0));
end MergeSort;

architecture Behavioral of MergeSort is
-- 必要な変数やサブルーチンをこちらに宣言

begin
    -- マージソートのロジックを実装

end Behavioral;

library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

entity BitSort is
    Port ( clk : in STD_LOGIC;
           start : in STD_LOGIC;
           data_in : in STD_LOGIC_VECTOR(15 downto 0);
           sorted : out STD_LOGIC_VECTOR(15 downto 0));
end BitSort;

architecture Behavioral of BitSort is
-- 必要な変数やサブルーチンをこちらに宣言

begin
    -- ビットソートのロジックを実装

end Behavioral;

library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

entity radix_sort is
    Port ( clk : in STD_LOGIC;
           reset : in STD_LOGIC;
           input_data : in std_logic_vector(7 downto 0);
           sorted_data : out std_logic_vector(7 downto 0));
end radix_sort;

architecture Behavioral of radix_sort is
    signal tmp_data : std_logic_vector(7 downto 0);
    signal i : integer := 0;
    -- 他の必要な信号をここに定義
begin
process(clk, reset)
begin
    if reset = '1' then
        -- 初期化処理をここに記述
    elsif rising_edge(clk) then
        -- 基数ソートの各ステップをここに記述
    end if;
end process;
end Behavioral;

-- この部分は外部デバイスとのインターフェースを表すコードの一部です
entity device_interface is
    Port ( -- ここに外部デバイスとのインターフェースを定義
          );
end device_interface;

architecture Behavioral of device_interface is
    -- ここに外部デバイスとのデータ交換やソート処理に関連する信号や変数を定義
begin
process(clk, reset)
begin
    if reset = '1' then
        -- 初期化処理をここに記述
    elsif rising_edge(clk) then
        -- 外部デバイスからのデータ受信とソート処理をここに記述
    end if;
end process;
end Behavioral;

library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

entity multi_thread_sort is
    Port ( clk : in STD_LOGIC;
           reset : in STD_LOGIC;
           input_data1 : in std_logic_vector(7 downto 0);
           input_data2 : in std_logic_vector(7 downto 0);
           sorted_data1 : out std_logic_vector(7 downto 0);
           sorted_data2 : out std_logic_vector(7 downto 0));
end multi_thread_sort;

architecture Behavioral of multi_thread_sort is
    -- 各スレッドでのソート処理を実装するサブプロセスを定義
    procedure thread_sort(input: in std_logic_vector(7 downto 0); output: out std_logic_vector(7 downto 0)) is
    begin
        -- ここで実際のソート処理を実装
    end procedure;

begin
process(clk, reset)
begin
    if reset = '1' then
        sorted_data1 <= "00000000";
        sorted_data2 <= "00000000";
    elsif rising_edge(clk) then
        thread_sort(input_data1, sorted_data1);  -- スレッド1でのソート
        thread_sort(input_data2, sorted_data2);  -- スレッド2でのソート
    end if;
end process;
end Behavioral;

-- ソートの最適化テクニックを用いた例
library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

entity Sort_Optimized is
    Port ( Data_In : in  STD_LOGIC_VECTOR(7 downto 0);
           Data_Out : out STD_LOGIC_VECTOR(7 downto 0);
           clk : in STD_LOGIC);
end Sort_Optimized;

architecture Behavioral of Sort_Optimized is
-- このコードでは、最適化技術を使ってソートをするコードを紹介しています。この例では、データの並び替えを効率的に行うアルゴリズムを採用しています。
begin
process(clk)
    variable temp : STD_LOGIC_VECTOR(7 downto 0);
begin
    if rising_edge(clk) then
        temp := Data_In;
        -- 最適化手法を用いてデータをソート
        -- サンプルコードとしては具体的なソート手法は省略
        Data_Out <= temp;
    end if;
end process;
end Behavioral;

-- ソート時のエラー処理を行う例
library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

entity Sort_ErrorHandling is
    Port ( Data_In : in  STD_LOGIC_VECTOR(7 downto 0);
           Data_Out : out STD_LOGIC_VECTOR(7 downto 0);
           Error_Flag : out STD_LOGIC;
           clk : in STD_LOGIC);
end Sort_ErrorHandling;

architecture Behavioral of Sort_ErrorHandling is
-- このコードでは、エラーが発生した際にそれを検出し、エラーフラグを立てる処理を表しています。この例では、データの不整合やその他の問題を検知する仕組みを実装しています。
begin
process(clk)
    variable temp : STD_LOGIC_VECTOR(7 downto 0);
begin
    if rising_edge(clk) then
        if Data_In = "XXXXXXXX" then  -- Xは不明な値を表す
            Error_Flag <= '1';       -- エラーフラグを立てる
        else
            temp := Data_In;
            -- 通常のソート処理
            Data_Out <= temp;
            Error_Flag <= '0';
        end if;
    end if;
end process;
end Behavioral;

library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.NUMERIC_STD.ALL;

entity delay_sort is
    Port ( clk : in STD_LOGIC;
           data_in : in INTEGER;
           sorted : out INTEGER);
end delay_sort;

architecture Behavioral of delay_sort is
    signal internal_data : INTEGER;
begin
    process(clk)
    begin
        -- 遅延を模倣するためのシンプルなソートプロセス
        if rising_edge(clk) then
            if data_in > internal_data then
                internal_data <= data_in;
            end if;
        end if;
    end process;
    sorted <= internal_data;
end Behavioral;

library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

entity sort_logic is
    Port ( data_in : in std_logic_vector(7 downto 0);
           data_out : out std_logic_vector(7 downto 0));
end sort_logic;

architecture Behavioral of sort_logic is
begin
    --ソート処理
    --(ここにソートのロジックを記述)
end Behavioral;

--(前述のライブラリやエンティティの宣言は省略)

architecture Behavioral of sort_logic is
begin
    process(data_in)
    begin
        if data_in(7) = '1' then
            --最上位ビットが'1'のものを優先してソート
            --(ソートロジックを記述)
        else
            --それ以外のデータのソートロジック
            --(ソートロジックを記述)
        end if;
    end process;
end Behavioral;