はじめに
ソフトウェア関連が主な研究や仕事で使う状況で，またにVHDLで開発をしないと，，という場合で，一度は一通り学習した経験がある人向けです．FPGAの専門家ではないので，間違いなど遠慮なくご指摘ください．
エディタ
python ユーザーであれば，sublime text で VHDL が読めたらよいな，，と思うかもしれませんが，できるようです．
の通りにやったら私の環境(Mac Mojave)では動きました．
基本事項のおさらい
VHDLのシミュレータ
手前味噌ですが，
にまとめてみました．他にも，Vivado や ModelSim などもあります．
演算の基本
- 論理演算子(andやorなど) は bit のみ使用可
- 算術演算子 (+,-,*,/など)は integer のみで使用可
異なるデータタイプで算術演算や論理演算を行う場合は注意が必要．例えば，トリガーをかけたい場合は，パルス信号に引き算を行い，その正負で判断するわけだが，それは算術演算で行う．AD変換後の生データは整数値では入ってこないはずで，どこかで整数に変換する必要があり，conv_integerやto_integerが必要になる．
というのが昔の一般論で，今では，std_logic_vector に対して + などをダイレクトに使うが，いくつか注意事項があるので，細かいことを下記などを参照されたい．
bit_vector と std_logic_vector の違い
にある通り．bit_vectorは「０」と「１」しか使えないのに対して，std_logic_vectorは「０」「１」以外に [X,L,H,W,Z,U,-] を指定でき，それぞれ [ストロング、弱L、弱H、不定値、ハイインピーダンス、初期化しない、ドントケア項]である．conv_integer は，bit_vector には使えない．
整数に変換する conv_integer という関数を使う場合は，
use ieee.std_logic_unsigned.all;
use ieee.std_logic_signed.all;
のどちらを冒頭に記述するかで，符号付きか符号なしの conv_integer として働くかが変化することに注意が必要．
の湯浅君の記事がよくまとまってます．
conv_integer は今は，
にあるように，to_integer を使うようです．
integer
| integer | std_logic_vector | |
|---|---|---|
| 初期化 | <=0 | <=(others=>'0') |
| 値 | 整数値 | "＂で囲んだバイナリ列 |
| 定義方法 | integer range 0 to WIDTH-1 | std_logic_vector(WIDTH-1 downto 0) |
Process文って何だっけ．
process 文は，「順次処理文」と呼ばれ，受けから順に実行され，同時処理文と対をなす概念である．だけなら，わかりやすいのであるが，「上から順に実行」が misleading というか，何とも誤解を招きやすい日本語に思われる．「上から順に実行」されるのは，「処理する手順」であって，信号が変化するタイミングではない，のである．
信号が変化するタイミング？とは，ここで２種類あるのがまたややこしい，，
process(A, B, C, D)
begin
D <= A;
X <= B + D;
D <= C;
Y <= B + D;
end process;
の場合は，
X<= B + C;
Y<= B + C;
となる．
process文は上から順に評価されて最後（end process）に同時に値が代入されるため，D<=Aの後に，D<=Cが実行されるので，D<=Cを最終結果としてX<=B+D, Y<=B+Dが実行される．
一方，
process(A, B, C)
begin
D := A; -- 信号Aを変数Dに代入
X <= B + D;
D := C; -- 信号Cを変数Dに代入
Y <= B + D;
end process;
の場合は，
X <= B + A
X <= B + C
となる．これは，DにAが代入されてから，それがソフトウェア的なイメージで次のX<=B+Dに使われて，その次の，D:=Cで，DにCが代入されて，Y<=B+Dが実行される，というイメージである．
オブジェクトクラス，process文内のsignalとvariableを参照のこと．
直感的には，上から代入されていく variable の方が，順次処理というイメージに近い気がする．信号の割り当て(<=)は，process文の中では，センシティビティーリストのイベント発生によって同時に代入される．そのため，process文は「順次処理」，process文以外は「同時処理」と理解していると，あれどっちだっけ？と思ってしまう．
連結
VHDLのデータの型，配列，型変換
がたいへんよくまとめってるので，これを読みましょう．
VHDLでの配列は，
type データ型名 is array 範囲 of 元の型名；
で定義できる．例えば，std_logic_vector の型定義はIEEEのstd_logic_1164の中で，
type std_logic_vector is array (Natural range <>) of std_logic；
と定義されている．Natural range <> の "<>" は要素数が不定ですよ，という意味です．
例えば，自分で type を宣言して，変数を宣言する場合は，
type BIT_VECTOR is array(INTEGER range <>) of BIT;
variable MY_VECTOR : BIT_VECTOR(5 downto -5);
となる．この配列の長さ，先頭，最後などを得るには，下記のような書き方をすればよく，上記の MY_VECTOR : BIT_VECTOR(5 downto -5) の場合には，
| Attribute Expression | Value |
|---|---|
| MY_VECTOR'left | 5 |
| MY_VECTOR'right | -5 |
| MY_VECTOR'high | 5 |
| MY_VECTOR'low | 5 |
| MY_VECTOR'length | 11 |
| MY_VECTOR'range | (5 down to -5) |
| MY_VECTOR'reverse_range | (-5 to 5) |
となる．詳細は，Array Types を参照されたい．
VHDLでの定数
初期化が必要で，初期値の代入は ":=" で行う．
constant const ： std_logic ：= "0";
component の使用方法
component文が何?って場合は，VHDLで下位ブロックを呼び出す方法は２種類あって，下記がとてもわかりやすいので，まずは一読ください．
要するに，一つは，library名.entity名で指定して呼び出す方法と，もう一つが component 文を使って呼び出す方法で，どっちを使っても良いが，一長一短ある．
component文はモジュールのパラメータや入出力を書き下すため，モジュールの実体(entity文)とcomponent文で呼び出す際の２箇所で全く同じインターフェースが記述されるため，同じものは２回かかない，というソフトウェアの書き方に反して，２重管理となってしまう．(逆に言えば，冗長な分だけ，依存関係は vivado が勝手に階層構造を解釈してくれるので便利，ということかな
component 文は，別ファイルに書かれたモジュールを呼び出すもので，pythonでimportして呼び出す感覚に近いかもしれない．)
generic の使用方法
generic は，component 文でインターフェースの定義を書き下したあとで，architecture と begin の中に，
component ad_iobuf
generic (
DATA_WIDTH : Integer : 16);
);
port (
dio_t : in std_logic_vector(DATA_WIDTH-1 downto 0);
dio_i : in std_logic_vector(DATA_WIDTH-1 downto 0);
dio_o : out std_logic_vector(DATA_WIDTH-1 downto 0);
dio_p : inout std_logic_vector(DATA_WIDTH-1 downto 0)
);
end component;
のように記載する．これは，python で言うところの，def ad_iobuf(data_width=16) のように，初期値を与えて定義された関数，の状態である．つまり，component 宣言はオブジェクトや関数の定義と同じなので，一回だけでよい．
次に，component ad_iobuf で定義された ad_iobuf がどう使われるのかを見てみよう．architecture と begin の end の中で，"i_iobuf : ad_iobuf" で ad_iobuf というコンポーネントを呼び出し，DATA_WIDTH を 9 として ad_iobuf のインスタンスとして i_iobuf を生成する．もう一つ，DATA_WIDTH を 17 として i_iobuf_bd を生成する．つまり，名前 : コンポーネント名，で実態を生成できる．
i_iobuf : ad_iobuf
generic map(
DATA_WIDTH => 9
) port map (
dio_t => dio_sig_t,
dio_i => dio_sig_i,
dio_o => dio_sig_o,
dio_p => dio_sig_p
);
i_iobuf_bd : ad_iobuf
generic map(
DATA_WIDTH => 17
)
port map (
dio_t => gpio_t(16 downto 0),
dio_i => gpio_o(16 downto 0),
dio_o => gpio_i(16 downto 0),
dio_p => gpio_bd
);
上記を雰囲気を python で捉えるならば，ad_iobuf をクラスを思って，
i_iobuf = ad_iobuf(dio_sig_t, dio_sig_i, dio_sig_o, dio_sig_p, DATA_WIDTH=9)
i_iobuf_bd = ad_iobuf(gpio_t(16 downto 0), gpio_o(16 downto 0), gpio_i(16 downto 0), gpio_bd, DATA_WIDTH=9)
という感じ．
record タイプ
C言語でいう構造体で，複数の変数が一体となってしか登場しないものをまとめておくと，コードの量もへり，可読性もよくなるようである．
など参照．
使い方は，
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
package example_record_pkg is
-- Outputs from the FIFO.
type t_FROM_FIFO is record
wr_full : std_logic; -- FIFO Full Flag
rd_empty : std_logic; -- FIFO Empty Flag
rd_dv : std_logic;
rd_data : std_logic_vector(7 downto 0);
end record t_FROM_FIFO;
-- Inputs to the FIFO.
type t_TO_FIFO is record
wr_en : std_logic;
wr_data : std_logic_vector(7 downto 0);
rd_en : std_logic;
end record t_TO_FIFO;
constant c_FROM_FIFO_INIT : t_FROM_FIFO := (wr_full => '0',
rd_empty => '1',
rd_dv => '0',
rd_data => (others => '0'));
constant c_TO_FIFO_INIT : t_TO_FIFO := (wr_en => '0',
wr_data => (others => '0'),
rd_en => '0');
end package example_record_pkg;
などである．
package 文
C言語でいうところの，定義の書かれたヘッダーファイル，という感じ．
-- Package Declaration Section
package example_package is
constant c_PIXELS : integer := 65536;
type t_FROM_FIFO is record
wr_full : std_logic;
rd_empty : std_logic;
end record t_FROM_FIFO;
component example_component is
port (
i_data : in std_logic;
o_rsult : out std_logic);
end component example_component;
function Bitwise_AND (
i_vector : in std_logic_vector(3 downto 0))
return std_logic;
end package example_package;
-- Package Body Section
package body example_package is
function Bitwise_AND (
i_vector : in std_logic_vector(3 downto 0)
)
return std_logic is
begin
return (i_vector (0) and i_vector (1) and i_vector (2) and i_vector (3));
end;
end package body example_package;
ただし，VHDLでのpackageの使用方法 を見る限り，ヘッダーファイルの依存関係でハマりそうなので，複雑な入れ子関係などは避けた方が無難なようである．