可編程邏輯器件及EDA技術

前言

隨著電子技術的飛速發(fā)展，可編程邏輯器件及其設計技術正在快速進步，而可編程邏輯器件的應用數(shù)字系統(tǒng)設計技術也在不斷進步和更新。20世紀末期，集成電路的制造技術處于深亞微米階段，其特征尺寸為0．35～O．18um。在經歷短短幾年之后，集成電路的制造技術已經發(fā)展到90～65nm的水平。這就意味著單片可編程邏輯器件可以集成幾千萬個PLD門。可編程邏輯器件和ASIC技術的融合，使系統(tǒng)在片SOPC（System On Programmable Chip）技術得以實現(xiàn)。所謂SOPC技術，就是將各種MCLJ、存儲器、各種接口單元以硬核或軟核方式集成到可編程邏輯器件中。SOPC作為數(shù)字系統(tǒng)設計的一個全新應用領域，需要融入最新的教學內容。因此，我們對本書第一版內容進行了必要的增減?；谏鲜隹紤]，本書保留了第一版中可編程邏輯器件基礎、數(shù)字系統(tǒng)設計、VHDL、典型數(shù)字系統(tǒng)設計方法及其實例等內容。作者在總結SOPC技術實踐的經驗和體會的基礎上，新增了SOPC技術的應用器件結構與工作原理、SOPC的硬件設計和軟件設計及其IP核應用技術等內容。特別詳細講解了QuartusⅡ7．0的使用方法，NiOSⅡ系統(tǒng)的軟件、硬件設計過程和設計實例。此外，為了使讀者更為充分地了解學習新興的EDA設計工具和設計方法，在本書的最后一章還系統(tǒng)地介紹了Altium公司推出的一體化EDA設計工具Altium Designer V6．5，并且以翔實的例子介紹了基于NanoBoard-NBI開發(fā)板的EDA設計實現(xiàn)方法。

內容概要

可編程邏輯器件及EDA技術是普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材。隨著EDA技術的進步。根據(jù)現(xiàn)階段大學本科及研究生在數(shù)字系統(tǒng)設計方面的實際情況，本書詳細闡述了VHDt一語言和設計實例、典型數(shù)字系統(tǒng)設計實例以及QuartusⅡ7.0開發(fā)系統(tǒng)。特別增設了SOPC技術與應用的相關內容。這一部分詳細地闡述了Nios Ⅱ軟核處理器的體系結構、外部設備以及實現(xiàn)NiosⅡ軟核處理器的FPGA配置和應用程序引導等關鍵技術，并且給出了豐富的設計實例。此外，本書還介紹了利用一體化EDA開發(fā)工具（AIfium Designer 6.x）設計電路板、FPGA、嵌入式系統(tǒng)的方法及其設計實例。    本書可作為高等學校電子信息工程、電子科學與技術、通信工程、計算機科學與技術、電子信息工程、自動控制等專業(yè)的本科生和相關專業(yè)研究生的教科書或參考教材，也可作為電子系統(tǒng)的工程設計人員和其他相關人員的自學參考書。

書籍目錄

第1章 可編程器件和EDA技術概述  1.1 EDA技術的主要特征  1.2 EDA技術的設計方法  1.3 可編程邏輯器件簡介    1.3.1 從ASIC到FPGA／CPID    1.3.2 CPLD器件    1.3.3 FPGA器件  1.4 可編程邏輯器件設計    1.4.1 可編程邏輯器件的設計流程    1.4.2 Xilinx公司的ISE開發(fā)工具概述    1.4.3 Altera公司的QtlartusⅡ開發(fā)工具概述  1.5 可編程邏輯器件選型    1.5.1 CPLD選擇的方法    1.5.2 FPGA選擇的方法  1..6 IP核簡介  1.7 EDA技術的發(fā)展趨勢    1.7.1 可編程邏輯器件的發(fā)展趨勢    1.7.2 EAD軟件開發(fā)工具的發(fā)展趨勢    1.7.3 設計輸入方式的發(fā)展趨勢第2章 VHDL硬件描述語言  2.1 HDL簡介    2.1.1 代表性的HDL語言    2.1.2 VHDL程序結構    2.1.3 程序包    2.1.4 庫    2.1.5 實體和結構體    2.1.6 配置  2.2 VHDL基本要素  2.2.1 標識符　　2.2.2 數(shù)據(jù)對象    2.2.3 數(shù)據(jù)類型    2.2.4 用戶自定義的數(shù)據(jù)類型    2.2.5 數(shù)據(jù)類型的轉換    2.2.6 操作符    2.2.7 函數(shù)類屬性  2.3 VHDL的主要語句及應用    2.3.1 進程    2.3.2 過程及其函數(shù)    2.3.3 順序描述語句    2.3.4 信號賦值語句    2.3.5 COMPONENT語句和COMPONENT INSTANT語句    2.3.6 GENERIC語句和GENERATE語句第3章 典型VHDL設計實例  3.1 組合邏輯電路設計    3.1.1 邏輯門電路設計    3.1.2 常用編碼器設計　　3.1.3 常用譯碼器設計    3.1.4 數(shù)據(jù)選擇器設計    3.1.5 數(shù)據(jù)分配器設計    3.1.6 數(shù)值比較器設計    3.1.7 算術運算單元電路設計  3.2 時序邏輯電路設計    3.2.1 常用觸發(fā)器設計    3.2.2 常用數(shù)碼寄存器設計    3.2.3 常用計數(shù)器設計  3.3 有限狀態(tài)機設計    3.3.1 有限狀態(tài)機的建模    3.3.2 狀態(tài)編碼    3.3.3 Mealy型狀態(tài)機設計    3.3.4 Moore型狀態(tài)機設計  3.4 存儲器設計    3.4.1 只讀存儲器(ROM)的設計    3.4.2 隨機存儲器(RAM)的設計    3.4.3 順序存取存儲器的設計第4章 典型數(shù)字系統(tǒng)的設計  4.1 數(shù)字系統(tǒng)概述  4.2 數(shù)碼管動態(tài)顯示掃描電路原理及設計　　……第5章 QuartusⅡ7.0開發(fā)系統(tǒng)第6章 SOPC系統(tǒng)簡介第7章 NiosⅡ嵌入式處理器及總線接口第8章 NiosⅡ系統(tǒng)嵌入式外設第9章 NiosⅡ系統(tǒng)設計第10章 一體化EDA開發(fā)工具參考文獻

章節(jié)摘錄

第1章 可編程器件和EDA技術概述EDA（Electronic Design Automation，電子設計自動化）技術是以計算機為工作平臺，以融合了應用電子技術、計算機技術、智能化技術最新成果而研制成的電子GAD通用軟件包為開發(fā)環(huán)境，以電子系統(tǒng)設計為應用方向的電子產品自動化設計過程。它主要包含三方面的設計工作，即IC設計、電子電路設計和PCB設計。本章主要介紹EDA技術的主要特征和發(fā)展方向，常用的復雜可編程邏輯器件CPLD和現(xiàn)場可編程門陣列FPGA的工作原理，并對常用的EDA工具和設計技術進行簡單介紹。1.1 EDA技術的主要特征20世紀90年代以后，電子系統(tǒng)已經從電路板級系統(tǒng)集成發(fā)展成為包括ASIC、FPGA和嵌入系統(tǒng)的多種模式，EDA產業(yè)已經成為電子信息類產品的支柱產業(yè)。過去幾十年內，IC設計方法經歷了從手工設計（Hand Design）、電路仿真（Circuit Simulation）、原理圖輸入（Schematic Capture）和邏輯仿真（Logic Simulation）、布局（Placement）和布線（Routing）到綜合（Synthesis）幾個階段。近年來，微電子技術以驚人的速度發(fā)展，其工藝水平已達到納米級。在一個芯片上可集成數(shù)百萬乃至上千萬個晶體管，工作速度可達到（3b／s的數(shù)量級，這為制造出規(guī)模更大、速度和信息容量更高的芯片系統(tǒng)提供了基礎條件。集成電路設計技術的進步也對EDA技術提出了更高的要求，大大地促進了EDA技術的發(fā)展。以高級語言描述、系統(tǒng)仿真和綜合技術為特征的EDA技術，代表了當今電子設計技術的最新發(fā)展方向。EDA設計技術的基本流程是設計者按照“自上而下”的設計方法，對整個系統(tǒng)進行方案設計和功能劃分。電子系統(tǒng)的關鍵電路一般用一片或幾片專用集成電路（ASIC）實現(xiàn)，采用硬件描述語言（HDL）完成系統(tǒng)行為級設計，最后通過綜合器和適配器生成最終的目標器件。這種被稱為高層次的電子設計方法，不僅極大地提高了系統(tǒng)的設計效率，而且使設計者擺脫了大量的輔助性工作，將精力集中于創(chuàng)造性的方案與概念的構思上。近年來的EDA技術主要有以下特點：（1）采用行為級綜合工具，設計層次由RTL級上升到了系統(tǒng)級；（2）采用硬件描述語言描述大規(guī)模系統(tǒng)，使數(shù)字系統(tǒng)的描述進入抽象層次；（3）采用Floor.Planning技術，使得復雜IC的描述規(guī)范化，做到在邏輯綜合早期設計階段就考慮到物理設計的影響。

編輯推薦

《可編程邏輯器件及EDA技術》可作為高等學校電子信息工程、電子科學與技術、通信工程、計算機科學與技術、電子信息工程、自動控制等專業(yè)的本科生和相關專業(yè)研究生的教科書或參考教材，也可作為電子系統(tǒng)的工程設計人員和其他相關人員的自學參考書。

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