EDA技術與應用

前言

　　人類社會進入到當今高度發(fā)達的信息化社會，與電子技術的發(fā)展，尤其是集成電路的設計和制造技術的發(fā)展是密不可分的。人們每天都在使用的電子產(chǎn)品，其功能越來越強大，性能在不斷地提高，價格卻始終呈現(xiàn)下降趨勢，而且產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期變得越來越短，整個人類正在享受著這種進步。事實上，促成這種進步的主要原因就是生產(chǎn)制造技術和電子設計技術的高速發(fā)展和進步。生產(chǎn)制造技術以微細加工技術為代表，目前已經(jīng)發(fā)展到深亞微米階段，可以在幾平方厘米的芯片上集成出數(shù)千萬個晶體管；而電子設計技術的核心便是EDA（Electronic Design Automation）技術。EDA技術是以計算機為工作平臺，融合了應用電子技術、計算機技術以及智能化技術的最新成果而研制成的一種基于芯片的現(xiàn)代電子系統(tǒng)設計方法。EDA技術主要包括大規(guī)模可編程邏輯器件、硬件描述語言、開發(fā)工具軟件及實驗開發(fā)系統(tǒng)四個方面。其中，大規(guī)模可編程邏輯器件是利用EDA技術進行電子系統(tǒng)設計的硬件載體，硬件描述語言是利用EDA技術進行電子系統(tǒng)設計的主要表達手段，開發(fā)工具軟件是利用EDA技術進行電子系統(tǒng)設計的智能化與自動化設計工具，實驗開發(fā)系統(tǒng)則是提供芯片下載電路及EDA實驗和開發(fā)的外圍環(huán)境資源。　　本書正是圍繞著大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷⒂布枋稣Z言、開發(fā)工具軟件及實驗開發(fā)系統(tǒng)這四個方面展開的?！　∧壳坝斜姸嗟募呻娐分圃焐虖氖麓笠?guī)?？删幊踢壿嬈骷难兄坪蜕a(chǎn)，產(chǎn)品性能和集成邏輯單元的規(guī)模得到了極大的提高，使得可編程邏輯器件幾乎可以覆蓋數(shù)字電子領域的所有應用。如Altera公司早在2000年就推出了可編程片上系統(tǒng)SOPC和Nios軟核處理器。正是由于.Altera公司在可編程邏輯器件方面做出的卓越貢獻，其產(chǎn)品才有較高的市場占有率。本書將主要介紹Altera公司典型的可編程邏輯器件?！　∮布枋稣Z言HDL是用于設計硬件電子系統(tǒng)的計算機語言，它用軟件編程的方式來描述電子系統(tǒng)的邏輯功能、電路結構和連接形式，與傳統(tǒng)的門級描述方式相比，它更適合大規(guī)模系統(tǒng)的設計。目前使用的硬件描述語言有VHDL、Verilog、AHDL和ABEL等，由于VHDL語言可讀性強，易于修改和發(fā)現(xiàn)錯誤，得到眾多的EDA廠商支持，已經(jīng)成為硬件描述語言的國際標準。本書使用VHDL進行電子系統(tǒng)的硬件設計。

內容概要

本書比較系統(tǒng)地介紹了EDA技術主要涉及到的大規(guī)模可編程邏輯器件、硬件描述語言、開發(fā)工具軟件及實驗開發(fā)系統(tǒng)四個方面的內容?？删幊踢壿嬈骷榻B了Altera公司的典型器件，硬件描述語言介紹了已成為國際標準的VHDL，開發(fā)工具軟件介紹了業(yè)界最流行的Quartus II 7.2，所有設計實例都在DE2開發(fā)板上完成硬件驗證。      全書共分10章，依次介紹了EDA的工程開發(fā)流程和自頂向下的設計方法，大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷慕Y構、原理和典型器件，Quartus II 7.2操作基礎，VHDL語言基礎，VHDL的主要描述語句，VHDL設計共享，基本邏輯電路的VHDL參考設計，VHDL描述的有限狀態(tài)機設計技術，數(shù)字電子鐘、簡易異步通訊模塊、串口內存讀寫控制器以及串口控制的液晶顯示控制器等設計實例以及仿真工具Modelsim的使用方法。    本書可以作為電子類、自動化類、計算機類、機電類等專業(yè)的本科生和研究生進行EDA和嵌入式系統(tǒng)教學的教材或參考書，也可作為從事數(shù)字系統(tǒng)設計、大規(guī)模集成電路設計和嵌入式系統(tǒng)硬件設計的工程技術人員的參考書。

書籍目錄

第1章  概述  1.1  EDA技術的發(fā)展歷程  1.2  EDA技術的研究范疇  1.3  EDA軟件系統(tǒng)的構成  1.4  數(shù)字系統(tǒng)設計方法  1.5  EDA技術的發(fā)展趨勢  本章小結  思考與習題第2章  可編程邏輯器件  2.1  概述    2.1.1  PLD的發(fā)展進程    2.1.2  PLD的分類  2.2  復雜可編程邏輯器件（CPLD）  2.3  現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）    2.3.1  FPGA的基本工作原理    2.3.2  FLEXl0K系列器件的基本結構    2.3.3  CycloneⅡ器件介紹  2.4  可編程邏輯器件的編程與配置    2.4.1  CPID的在系統(tǒng)編程    2.4.2  FPGA的配置方式  2.5  可編程邏輯器件應用選擇原則  本章小結  思考與習題第3章  集成開發(fā)平臺QuartusII操作基礎  3.1  QuartusII軟件的安裝  3.2  QuartusII軟件的用戶界面  3.3  QuartusII的開發(fā)流程    3.3.1  輸入設計文件    3.3.2  編譯設計文件    3.3.3  仿真設計文件    3.3.4  編程下載設計文件  3.4  QuartusII中宏功能模塊的調用方法  3.5  SigllalTapⅡ邏輯分析儀    3.5.1  SignalTapII邏輯分析儀的用戶界面    3.5.2  SignalTapII邏輯分析儀的使用流程  本章小結  思考與習題第4章  VHDL編程基礎  4.1  硬件描述語言及其特點    4.1.1  硬件描述語言的基本概念    4.1.2  常用硬件描述語言簡介    4.1.3  VHDL的特點  4.2  VHDL程序基本結構    4.2.1  實體描述    4.2.2  結構體描述    4.2.3  模塊設計實例  4.3  VHDL語言要素    4.3.1  VHDL文字規(guī)則    4.3.2  VHDL數(shù)據(jù)對象    4.3.3  VHDL數(shù)據(jù)類型    4.3.4  VHDL操作符  4.4  VHDL結構體描述方式    4.4.1  行為描述方式    4.4.2  數(shù)據(jù)流描述方式    4.4.3  結構描述方式  本章小結  思考與習題第與章  VHDL主要描述語匐  5.1  概述  5.2  行為描述語句    5.2.1  賦值語句    5.2.2  并行信號賦值語句    5.2.3  順序控制語句    5.2.4  NULL，語句    5.2.5  WAIT語句    5.2.6  進程語句  5.3  結構描述語句    5.3  A元件例化語句    5.3.2  配置語句    5.3.3  生成語句    5.3.4  塊語句  本章小結  思考與習題第6章  VHDL設計共享，  6.1  VHDL設計庫    6.1.1  庫的種類    6.1.2  庫的使用方法  6.2  VHDL程序包  6.3  VHDL子程序與并行過程調用    6.3.1  VHDL函數(shù)    6.3.2  VHDL重載函數(shù)    6.3.3  VHDL過程    6.3.4  VHDL過程重載  本章小結  思考與習題第7章  基本邏輯電路設計  7.1  組合邏輯電路設計    7.1.1  譯碼器    7，1.2  編碼器    7.1.3  數(shù)據(jù)選擇器    7.1.4  數(shù)值比較器    7.1.5  奇偶校驗器  7.2  時序邏輯電路設計    7.2.1  觸發(fā)器    7.2.2  寄存器，    7.2.3  分頻器    7.2.4  計數(shù)器  本章小結  思考與習題第8章  有限狀態(tài)機韻VHDL設計  8.1  有限狀態(tài)機的基本概念    8.1.1  有限狀態(tài)機的基本結構和功能    8.1.2  狀態(tài)機的狀態(tài)編碼    8.1.3  有限狀態(tài)機的技術優(yōu)勢  8.2  一般有限狀態(tài)機的設計    8.2.1  一般有限狀態(tài)機的VHDL組成    8.2.2  一般有限狀態(tài)機的設計示例  8.3  摩爾狀態(tài)機設計  8.4.米立狀態(tài)機設計  本章小結  思考與習題第9章  數(shù)字系統(tǒng)設計實例  9.1  數(shù)字電子鐘設計    9.1.1  設計方案    9.1.2  項層設計    9.1.3  模塊設計    9.1.4  實驗與驗證  9.2  簡易異步收發(fā)器設計    9.2.1  異步通訊簡介    9.2.2  頂層設計    9.2.3  模塊設計    9.2.4  實驗與驗證  9.3  內存讀寫控制器設計    9.3.1  頂層設計    9.3.2  模塊設計    9.3.3  實驗與驗證  9.4  液晶顯示控制器設計    9.4.1  頂層設計    9.4.2  模塊設計    9.4.3  實驗與驗證第10章  EDA設計的仿真和測試  10.1  仿真簡介  10.2  Modelsim簡介    10.2.1  Modelsim的圖形用戶界面    10.2.2.Modelsim仿真步驟    10.2.3  Modelsim功能仿真    10.2.4  綜合后仿真    10.2.5  時序仿真    10.2.6  Altera仿真庫的添加  本章小結  思考與練習附錄A  AlteraDE2開發(fā)板原理圖附錄B  DE2開發(fā)板上EP2C35F672C6的引腳分配表參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第1章 概述　　1.1 EDA技術的發(fā)展歷程　　20世紀末期以來，電子設計技術獲得了飛速的發(fā)展?，F(xiàn)代電子技術產(chǎn)品幾乎滲透到社會的各個領域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，大到軍事設備、大型醫(yī)療設備，小到日常民用電器，現(xiàn)代電子技術產(chǎn)品無處不在，并在即將到來的“數(shù)字家庭”中扮演重要角色。市場的強烈需求極大地推動了現(xiàn)代電子技術的發(fā)展，產(chǎn)品的集成化程度越來越高，同時產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也變得越來越快。集成電路設計正在不斷地向超大規(guī)模、低功耗和超高速的方向發(fā)展，專用集成電路ASIC（Application Specific Integrated Circuit）的設計成本不斷降低，在功能上，現(xiàn)代集成電路已經(jīng)能夠實現(xiàn)單片電子系統(tǒng)SOC（System On a Chip），甚至SOPC（System On a Programmable Chip）?！　默F(xiàn)代電子技術發(fā)展歷程來看，大致可以分為三個典型階段：　?、?0世紀70年代，在集成電路制作方面，MOS工藝得到廣泛的應用?？删幊踢壿嫾夹g及其器件已經(jīng)問世，計算機作為一種運算工具已經(jīng)在科研領域得到廣泛應用。在70年代后期，CAD的概念已現(xiàn)雛形，這一階段人們開始利用計算機輔助進行集成電路版圖編輯、PCB布局布線等工作。　　②20世紀80年代，集成電路設計進入了CMOS（互補場效應管）時代，復雜可編程邏輯器件已經(jīng)進入商業(yè)應用，相應的輔助設計軟件也已投入使用，而在80年代末期，出現(xiàn)了FPGA（Field Programmable Gate Array），CAE和CAD技術的應用更為廣泛，它們在PCB設計方面的原理圖輸入、自動布局布線及PCB分析，以及邏輯設計、邏輯仿真、布爾方程綜合和化簡等方面擔任了重要角色。特別是各種硬件描述語言HDL（Hardware Description Language）的出現(xiàn)、應用和標準化方面的重大進步，為EDA（Electronic Design Automation，電子設計自動化）技術必須解決的電路建模、標準文檔及仿真測試奠定了基礎?！　、圻M入20世紀90年代，隨著硬件描述語言的標準化得到進一步的確立，計算機輔助工程、輔助分析和輔助設計在電子技術領域獲得了更加廣泛的應用，與此同時，電子技術在通信、計算機及家電產(chǎn)品生產(chǎn)中的市場需求和技術需求，也極大地推動了全新的電子設計自動化技術的應用和發(fā)展。特別是集成電路設計工藝步入了超深亞微米階段，百萬門以上的大規(guī)模可編程邏輯器件的陸續(xù)面世，以及基于計算機技術的面向用戶的低成本大規(guī)模ASIC設計技術的應用，促進了EDA技術的形成?！　∷^EDA，就是利用計算機強大的計算能力和圖形處理能力，在EDA工具軟件平臺上，將主要以硬件描述語言為邏輯描述手段完成的設計文件，自動地進行邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合、結構綜合（布局布線），以及邏輯優(yōu)化和仿真測試，直至最終實現(xiàn)既定的邏輯功能。

編輯推薦

　　《EDA技術與應用》可以作為電子類、自動化類、計算機類、機電類等專業(yè)的本科生和研究生進行EDA和嵌入式系統(tǒng)教學的教材或參考書，也可作為從事數(shù)字系統(tǒng)設計、大規(guī)模集成電路設計和嵌入式系統(tǒng)硬件設計的工程技術人員的參考書。

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