EDA技術(shù)實(shí)用教程

前言

隨著基于PLD的.EDA技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大與深入，EDA技術(shù)在電子信息、通信、自動(dòng)控制及計(jì)算機(jī)應(yīng)用等領(lǐng)域的重要性曰益突出。隨著技術(shù)市場(chǎng)與人才市場(chǎng)對(duì)EDA的需求不斷提高，產(chǎn)品的市場(chǎng)需求和技術(shù)市場(chǎng)的要求也必然會(huì)反映到教學(xué)和科研領(lǐng)域中來(lái)。以全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽為例，早在1997年第二屆競(jìng)賽中的個(gè)別賽題就已包括了需要用EDA技術(shù)才能圓滿完成的賽題。此后這方面的內(nèi)容逐屆增加，直到上屆賽事中，需要使用EDA技術(shù)的賽題超過(guò)全部賽題的三分之一，其中有的賽題達(dá)到了如果沒有EDA技術(shù)，將無(wú)從下手的程度。事實(shí)上，電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽賽題的內(nèi)容既是市場(chǎng)產(chǎn)品要求和技術(shù)進(jìn)步的一種反映，也是對(duì)高校相關(guān)教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容改革的要求和促進(jìn)。對(duì)美國(guó)一些著名大學(xué)本科電子與計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)情況的調(diào)研結(jié)果表明，許多著名院?；赑LD的EDA技術(shù)在本科教學(xué)中有兩個(gè)明顯的特點(diǎn)：一是各專業(yè)中EDA教學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的普及性，即在電子通信、工控乃至生物醫(yī)學(xué)工程、計(jì)算機(jī)等非電類專業(yè)都包含了EDA技術(shù)的教學(xué)試驗(yàn)內(nèi)容；二是在實(shí)驗(yàn)中EDA試驗(yàn)成為主流，大部分傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)如數(shù)字電路、計(jì)算機(jī)組成、接口、通信、處理器等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，都融入了EDA實(shí)驗(yàn)，并更多地注重創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。這顯然是科技發(fā)展和市場(chǎng)需求的結(jié)果。為了適應(yīng)EDA技術(shù)的發(fā)展和EDA技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求，更加突出實(shí)驗(yàn)中EDA技術(shù)的實(shí)用性，以及面向工程實(shí)際的特性和電子設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性，本書第二版在實(shí)驗(yàn)類型和內(nèi)容上都有所增加，每一實(shí)驗(yàn)的層次性更加清楚，并注重學(xué)生設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，以及與工程實(shí)際相結(jié)合的動(dòng)手能力的培養(yǎng)。另一方面，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇上，更突出：EDA技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，所以將原來(lái)的“實(shí)驗(yàn)”改為“實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)”。在章節(jié)的安排上也作了調(diào)整，為了突出硬件描述語(yǔ)言的重要性及其在教學(xué)上的重要地位，第二版在輸入方法和設(shè)計(jì)技術(shù)章節(jié)中，將原來(lái)首先出現(xiàn)的原理圖輸入設(shè)計(jì)移到第六章，而將VHDI，設(shè)計(jì)章節(jié)提到了第四章、第五章。另外，在原來(lái)的第七章中加入了詳細(xì)的LPM宏模塊應(yīng)用的說(shuō)明，從而使許多相關(guān)的實(shí)驗(yàn)可以提前。在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目上也增加和擴(kuò)充了不少與全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽典型賽題相關(guān)的內(nèi)容，如電機(jī)控制、存儲(chǔ)示波器、相位測(cè)量?jī)x、移相信號(hào)發(fā)生器、多功能測(cè)試儀、VGA顯示控制等。對(duì)于比較典型的等精度頻率計(jì)的設(shè)計(jì)原理給出了更為詳盡的說(shuō)明。在本書的編寫過(guò)程中，我們力求解決教學(xué)中的幾個(gè)關(guān)鍵問題。

內(nèi)容概要

本書根據(jù)課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)的要求，以提高實(shí)際工程設(shè)計(jì)能力為目的，深入淺出地對(duì)EDA技術(shù)及相關(guān)知識(shí)做了系統(tǒng)和完整的介紹。    全書內(nèi)容分12章，詳細(xì)介紹了EDA的基本知識(shí)、常用的EDA工具的使用方法和目標(biāo)器件的結(jié)構(gòu)原理、設(shè)計(jì)輸入方法、VHDL的設(shè)計(jì)優(yōu)化、基于EDA技術(shù)較典型的設(shè)計(jì)項(xiàng)目等內(nèi)容。各章都安排了相應(yīng)的習(xí)題和實(shí)驗(yàn)，并附參考答案。    本書可作為高等院校電子工程、通信、工業(yè)自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、電子對(duì)抗、儀器儀表、數(shù)字信號(hào)或圖像處理等學(xué)科的本科生或研究生的電子設(shè)計(jì)或EDA課程的教材及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，也可作為相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員的參考書。

書籍目錄

第1章 概述　1.1 EDA技術(shù)及其發(fā)展　1.2 EDA技術(shù)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)　1.3 硬件描述語(yǔ)言VHDL　1.4 VHDL綜合　1.5 基于VHDL的自頂向下設(shè)計(jì)方法　1.6 EDA與傳統(tǒng)電子設(shè)計(jì)方法的比較　1.7 EDA的發(fā)展趨勢(shì)　習(xí)題第2章 EDA設(shè)計(jì)流程及其工具　2.1 FPGA/CPLD設(shè)計(jì)流程　2.2 ASIC及其設(shè)計(jì)流程　2.3 常用EDA工具　2.4 MAX+plusII概述　2.5 IP核　習(xí)題第3章 FPGA/CPLD結(jié)構(gòu)與應(yīng)用　3.1 概述　3.2 簡(jiǎn)單PLD原理　3.3 CPLD結(jié)構(gòu)與工作原理　3.4 FPGA結(jié)構(gòu)與工作原理　3.5 FPGA/CPLD測(cè)試技術(shù)　3.6 FPGA/CPLD產(chǎn)品概述　3.7 CPLD和FPGA的編程與配置　習(xí)題　實(shí)驗(yàn)第4章 原理圖輸入設(shè)計(jì)方法　4.1 1位全加器設(shè)計(jì)向?qū)А?.2 2位十進(jìn)制數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)　4.3 參數(shù)可設(shè)置LPM兆功能塊　4.4 波形輸入設(shè)計(jì)方法　習(xí)題　實(shí)驗(yàn)第5章 VHDL設(shè)計(jì)初步　5.1 多路選擇器VHDL描述　5.2 寄存器描述及其VHDL語(yǔ)言現(xiàn)象　5.3 1位二進(jìn)制全加器的VHDL設(shè)計(jì)　5.4 VHDL文本輸入設(shè)計(jì)方法初步　習(xí)題　實(shí)驗(yàn)第6章 VHDL設(shè)計(jì)進(jìn)階　6.1 4位加法計(jì)數(shù)器的VHDL描述　6.2 不同工作方式的時(shí)序電路設(shè)計(jì)　6.3 數(shù)據(jù)對(duì)象DATA OBJECTS　6.4 雙向電路和三態(tài)控制電路設(shè)計(jì)　6.5 進(jìn)程語(yǔ)句結(jié)構(gòu)　6.6 仿真延時(shí)　習(xí)題　實(shí)驗(yàn)第7章 有限狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)　7.1 一般有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)　7.2 Moore型有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)　7.3 Mealy型有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)　7.4 狀態(tài)編碼　7.5 狀態(tài)機(jī)剩余狀態(tài)處理　習(xí)題　實(shí)驗(yàn)第8章 VHDL結(jié)構(gòu)與要素　8.1 實(shí)體　8.2 結(jié)構(gòu)體　8.3 子程序(SUBPROGRAM)　8.4 VHDL庫(kù)　8.5 VHDL程序包　8.6 配置　8.7 VHDL文字規(guī)則　8.8 數(shù)據(jù)類型　8.9 VHDL操作符　8.10 LPM的VHDL文本方式調(diào)用　習(xí)題　實(shí)驗(yàn)第9章 VHDL基本語(yǔ)句　9.1 順序語(yǔ)句　9.2 VHDL并行語(yǔ)句　9.3 屬性描述與定義語(yǔ)句　習(xí)題　實(shí)驗(yàn)第10章 設(shè)計(jì)優(yōu)化和設(shè)計(jì)方法　10.1 面積優(yōu)化　10.2 速度優(yōu)化　10.3 使用MAX+plusII優(yōu)化設(shè)計(jì)　10.4 其他設(shè)置　習(xí)題　實(shí)驗(yàn)第11章 EDA工具軟件接口　11.1 EDA軟件接口流程　11.2 Synplify與MAX+plusII的接口　11.3 Synplify與ispEXPERT Compiler的接口　11.4 ModelSim與MAX+plusII的接口　11.5 從MAX+plusII向QuartusII轉(zhuǎn)換　習(xí)題　實(shí)驗(yàn)第12章 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐　12.1 等精度頻率計(jì)設(shè)計(jì)　12.2 高速A/D采樣控制設(shè)計(jì)　12.3 VGA圖像顯示控制器設(shè)計(jì)　12.4 直接數(shù)字合成器(DDS)設(shè)計(jì)　12.5 使用IP Core設(shè)計(jì)FIR濾波器　12.6 通過(guò)異步收發(fā)器(UART)設(shè)計(jì)　習(xí)題  實(shí)驗(yàn)附錄 習(xí)題參考答案參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：（1）提出設(shè)計(jì)說(shuō)明書，即用自然語(yǔ)言表達(dá)系統(tǒng)項(xiàng)目的功能特點(diǎn)和技術(shù)參數(shù)等。（2）建立VHDL行為模型，這一步是將設(shè)計(jì)說(shuō)明書轉(zhuǎn)化為VHDL行為模型。在這一項(xiàng)目的表達(dá)中，可以使用滿足IEEE標(biāo)準(zhǔn)的VHDL的所有語(yǔ)句而不必考慮可綜合性。這一建模行為的目標(biāo)是通過(guò)VHDL仿真器對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)行為仿真和性能評(píng)估。在行為模型的建立過(guò)程中，如果最終的系統(tǒng)中包括目標(biāo)ASIC或FPGA以外的電路器件，如RAM、ROM、接口器件或某種單片機(jī)，也同樣能建立一個(gè)完整統(tǒng)一的系統(tǒng)行為模型而進(jìn)行整體仿真。這是因?yàn)榭梢愿鶕?jù)這些外部器件的功能特性設(shè)計(jì)出VHDL的仿真模型，然后將它們并入主系統(tǒng)的VHDL模型中。事實(shí)上，現(xiàn)在有許多公司可提供各類流行器件的VHDL模型，如8051單片機(jī)模型、PICl6C5X模型、80386模型等，利用這些模型可以將整個(gè)電路系統(tǒng)組裝起來(lái)。有的VHDL模型既可用來(lái)仿真，也可作為實(shí)際電路的一部分。例如，現(xiàn)有的PCI總線模型大多是既可仿真又可綜合的。（3）VHDL行為仿真。這一階段可以利用VHDL仿真器（如ModelSim）對(duì)頂層系統(tǒng)的行為模型進(jìn)行仿真測(cè)試，檢查模擬結(jié)果，繼而進(jìn)行修改和完善。這一過(guò)程與最終實(shí)現(xiàn)的硬件沒有任何關(guān)系，也不考慮硬件實(shí)現(xiàn)中的技術(shù)細(xì)節(jié)，測(cè)試結(jié)果主要是對(duì)系統(tǒng)純功能行為的考察，其中許多VHDL的語(yǔ)句表達(dá)主要為了方便了解系統(tǒng)各種條件下的功能特性，而不可能用真實(shí)的硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。（4）VHDL－RTL級(jí)建模。如上所述，VHDL只有部分語(yǔ)句集合可用于硬件功能行為的建模，因此在這一階段，必須將VHDL的行為模型表達(dá)為VHDL行為代碼（或稱VHDL.RTL級(jí)模型）。這里應(yīng)該注意的是，VHDL行為代碼是用VHDL中可綜合子集中的語(yǔ)句完成的，即可以最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)器件的描述。因?yàn)槔肰HDL的可綜合的語(yǔ)句同樣可以對(duì)電路方便地進(jìn)行行為描述，而目前許多主流的VHDL綜合器都能將其綜合成RTL級(jí)，乃至門級(jí)模型。從第（3）步到第（4）步，人工介入的內(nèi)容比較多，設(shè)計(jì)者需要給予更多的關(guān)注。（5）前端功能仿真。在這一階段對(duì)VHDL－RTL級(jí)模型進(jìn)行仿真，稱為功能仿真。盡管VHDL-RTL級(jí)模型是可綜合的，但對(duì)它的功能仿真仍然與硬件無(wú)關(guān)，仿真結(jié)果表達(dá)的是可綜合模型的邏輯功能。

編輯推薦

《EDA技術(shù)實(shí)用教程(第2版)》由科學(xué)出版社出版。

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