EDA技术与Verilog设计典型FPGACPLD的结构与配置
EDA技术简介
实体说明
图5-3 mux21a实体 实体
ARCHITECTURE one OF mux21a IS BEGIN y <= a WHEN s = '0' ELSE b ; END ARCHITECTURE one ;
EDA技术 EDA技术
2、主流器件 、
◆ FPGA 现场可编程门阵列） （Field Programmable Gate Array现场可编程门阵列） 现场可编程门阵列 ◆ CPLD 复杂可编程逻辑器件） （Complex Programmable Logic Device复杂可编程逻辑器件） 复杂可编程逻辑器件
功能仿真
逻辑综合器
FPGA/CPLD
适配
结构综合器
时序与功能 门级仿真
1、功能仿真 、 2、时序仿真 、
FPGA/CPLD 编程下载
EDA技术 EDA技术
二、 FPGA最小系统 最小系统
EDA技术 EDA技术 1、EP1K100B+ 零售价：450元（含EPC2芯片 零售价： 元 芯片) 、 芯片
EDA技术 EDA技术
技术？ 一、EDA技术？ 技术
EDA（ Automation电子设计自动化 电子设计自动化） ● EDA（Electronic Design Automation电子设计自动化） 是指利用计算机完成电子系统的设计。 是指利用计算机完成电子系统的设计。
EDA技术是以计算机和微电子技术为先导， 技术是以计算机和微电子技术为先导 ● EDA技术是以计算机和微电子技术为先导， 汇集了计算机图 形学、 拓扑、 逻辑学、 形学、 拓扑、 逻辑学、 微电子工艺与结构学和计算数学 等多种计算机应用学科最新成果的先进技术。 等多种计算机应用学科最新成果的先进技术。 EDA技术以计算机为工具， 技术以计算机为工具 ● EDA技术以计算机为工具， 代替人完成数字系统的逻辑综 合、布局布线和设计仿真等工作。 布局布线和设计仿真等工作。 等工作
EDA技术与应用课后习题答案
EDA技术与应用课后习题答案EDA技术与应用课后习题答案第一章1-1 EDA技术与ASIC设计和FPGA开发有什么关系? P3~4答：利用EDA技术进行电子系统设计的最后目标是完成专用集成电路ASIC 的设计和实现;FPGA和CPLD是实现这一途径的主流器件。
FPGA和CPLD通常也被称为可编程专用IC，或可编程ASIC。
FPGA和CPLD的应用是EDA技术有机融合软硬件电子设计技术、SoC(片上系统)和ASIC设计，以及对自动设计与自动实现最典型的诠释。
1-2与软件描述语言相比，VHDL有什么特点? P6答：编译器将软件程序翻译成基于某种特定CPU的机器代码，这种代码仅限于这种CPU而不能移植，并且机器代码不代表硬件结构，更不能改变CPU的硬件结构，只能被动地为其特定的硬件电路结构所利用。
综合器将VHDL程序转化的目标是底层的电路结构网表文件，这种满足VHDL设计程序功能描述的电路结构，不依赖于任何特定硬件环境;具有相对独立性。
综合器在将VHDL(硬件描述语言)表达的电路功能转化成具体的电路结构网表过程中，具有明显的能动性和创造性，它不是机械的一一对应式的“翻译”，而是根据设计库、工艺库以及预先设置的各类约束条件，选择最优的方式完成电路结构的设计。
l-3什么是综合?有哪些类型?综合在电子设计自动化中的地位是什么? P5 什么是综合? 答：在电子设计领域中综合的概念可以表示为：将用行为和功能层次表达的电子系统转换为低层次的便于具体实现的模块组合装配的过程。
有哪些类型? 答：(1)从自然语言转换到VHDL语言算法表示，即自然语言综合。
(2)从算法表示转换到寄存器传输级(RegisterTransport Level，RTL)，即从行为域到结构域的综合，即行为综合。
(3)从RTL级表示转换到逻辑门(包括触发器)的表示，即逻辑综合。
(4)从逻辑门表示转换到版图表示(ASIC设计)，或转换到FPGA的配置网表文件，可称为版图综合或结构综合。
2023年大学_EDA技术与VHDL第二版(潘松著)课后习题答案下载
2023年EDA技术与VHDL第二版（潘松著）课后习题答案下载EDA技术与VHDL第二版（潘松著）课后答案下载第1章 EDA技术概述1.1 EDA技术及其发展1.1.1 EDA技术的发展1.1.2 EDA技术的涵义1.1.3 EDA技术的基本特征1.2 EDA技术的主要内容及主要的EDA厂商1.2.1 EDA技术的主要内容1.2.2 主要EDA厂商概述1.3 EDA技术实现目标1.3.1 超大规模可编程逻辑器件1.3.2 半定制或全定制ASIC1.3.3 混合ASIC1.4 EDA技术应用1.4.1 EDA技术应用形式1.4.2 EDA技术应用场合1.5 EDA技术的发展趋势1.5.1 可编程器件的发展趋势1.5.2 软件开发工具的发展趋势1.5.3 输入方式的发展趋势__小结思考题和习题第2章大规模可编程逻辑器件2.1 可编程逻辑器件概述2.1.1 PLD的'发展进程2.1.2 PLD的种类及分类方法2.2 简单可编程逻辑器件2.2.1 PLD电路的表示方法及有关符号 2.2.2 PROM基本结构2.2.3 PLA基本结构2.2.4 PAL基本结构2.2.5 GAL基本结构2.3 复杂可编程逻辑器件2.3.1 CPLD基本结构2.3.2 Altera公司器件2.4 现场可编程逻辑器件2.4.1 FPGA整体结构2.4.2 Xilinx公司FPGA器件2.5 在系统可编程逻辑器件2.5.1 ispLSl/pLSl的结构2.5.2 Lattice公司ispLSI系列器件 2.6 FPGA和CPLD的开发应用2.6.1 CPLD和FPGA的编程与配置2.6.2 FPGA和CPLD的性能比较2.6.3 FPGA和CPLD的应用选择__小结思考题和习题第3章 EDA设计流程与开发3.1 EDA设计流程3.1.1 设计输入3.1.2 综合3.1.3 适配3.1.4 时序仿真与功能仿真3.1.5 编程下载3.1.6 硬件测试3.2 ASIC及其设计流程3.2.1 ASIC设计方法3.2.2 一般的ASIC设计流程3.3 可编程逻辑器件的开发环境 3.4 硬件描述语言3.5 IP核__小结思考题和习题第4章硬件描述语言VHDL4.1 VHDL概述4.1.1 VHDL的发展历程4.1.2 VHDL的特点4.2 VHDL程序基本结构4.2.1 实体4.2.2 结构体4.2.3 库4.2.4 程序包4.2.5 配置4.3 VHDL基本要素4.3.1 文字规则4.3.2 数据对象4.3.3 数据类型4.3.4 运算操作符4.3.5 VHDL结构体描述方式 4.4 VHDL顺序语句4.4.1 赋值语句4.4.2 IF语句4.4.3 等待和断言语句4.4.4 cASE语句4.4.5 LOOP语句4.4.6 RETIARN语句4.4.7 过程调用语句4.4.8 REPORT语句4.5 VHDL并行语句4.5.1 进程语句4.5.2 块语句4.5.3 并行信号代人语句4.5.4 并行过程调用语句4.5.5 并行断言语句4.5.6 参数传递语句4.5.7 元件例化语句__小结思考题和习题第5章 QuartusⅡ软件及其应用5.1 基本设计流程5.1.1 建立工作库文件夹和编辑设计文件 5.1.2 创建工程5.1.3 编译前设计5.1.4 全程编译5.1.5 时序仿真5.1.6 应用RTL电路图观察器5.2 引脚设置和下载5.2.1 引脚锁定5.2.2 配置文件下载5.2.3 AS模式编程配置器件5.2.4 JTAG间接模式编程配置器件5.2.5 USBBlaster编程配置器件使用方法 __小结思考题和习题第6章 VHDL应用实例6.1 组合逻辑电路设计6.1.1 基本门电路设计6.1.2 译码器设计6.1.3 数据选择器设计6.1.4 三态门设计6.1.5 编码器设计6.1.6 数值比较器设计6.2 时序逻辑电路设计6.2.1 时钟信号和复位信号6.2.2 触发器设计6.2.3 寄存器和移位寄存器设计6.2.4 计数器设计6.2.5 存储器设计6.3 综合实例——数字秒表的设计__小结思考题和习题第7章状态机设计7.1 一般有限状态机7.1.1 数据类型定义语句7.1.2 为什么要使用状态机 7.1.3 一般有限状态机的设计 7.2 Moore型有限状态机设计 7.2.1 多进程有限状态机7.2.2 单进程有限状态机7.3 Mealy型有限状态机7.4 状态编码7.4.1 状态位直接输出型编码 7.4.2 顺序编码7.4.3 一位热码编码7.5 状态机处理__小结思考题和习题第8章 EDlA实验开发系统8.1 GW48型实验开发系统原理与应用8.1.1 系统性能及使用注意事项8.1.2 GW48系统主板结构与使用方法8.2 实验电路结构图8.2.1 实验电路信号资源符号图说明8.2.2 各实验电路结构图特点与适用范围简述8.3 GW48CK/GK/EK/PK2系统信号名与芯片引脚对照表 __小结思考题和习题第9章 EnA技术实验实验一：全加器的设计实验二：4位加减法器的设计实验三：基本D触发器的设计实验四：同步清零计数器的设计实验五：基本移位寄存器的设计串人/串出移位寄存器实验六：同步预置数串行输出移位寄存器的设计实验七：半整数分频器的设计实验八：音乐发生器的设计实验九：交通灯控制器的设计实验十：数字时钟的设计EDA技术与VHDL第二版（潘松著）：内容简介《EDA技术与VHDL》主要内容有Altera公司可编程器件及器件的选用、QuartusⅡ开发工具的使用;VHDL硬件描述语言及丰富的数字电路和电子数字系统EDA设计实例。
eda技术
2. Xilinx公司的FPGA和CPLD器件系列
Xilinx公司的CPLD以CoolRunner、XC9500系列为代表 Xilinx公司的FPGA以XC4000、Spartan、Virtex系列为 代表，从XC2000、 XC4000到Spartan和Virtex、 VirtexII pro等系列其性能不断的提高。
改和仿真,不用对印刷板进行修改;
4. 系统集成到可编程逻辑器件以后,可减少印刷板的层次和 缩小印刷板的面积。
FPGA与PAL的比较
1.FPGA有更多的I/O管脚，多达几百条，不会出现PAL逻辑没 有使用完之前，I/O已经用完; 2.有更多的触发器,可以构造许多的寄存器和计数器; 3.可以集成多个PAL; 4.减少印刷板面积,降低系统成本;降低功耗; 5. 系统有较少的元件在印刷板上,可靠性增加; 6. 可重复编程性,PAL只能一次编程,FPGA/CPLD多次编程; 7.加密能力增加。
CPLD/FPGA器件产品简介
1. Lattice 公司CPLD器件系列—ispLSI、ispMACH
系列 ispLSI1000 系列 集成度 2000-8000门 特点以及应用场合 价格便宜，适用于一般数字系统设计，例如网 卡、控制器、高速编程器、游戏机和测试仪器 仪表
ispLSI2000E /2000VL/200 0VE系列
CPLD/FPGA的编程工艺
基于熔丝和反熔丝编程单元
基于电可擦除存储单元的EEPROM或FLASH技术
基于SRAM查找表的编程单元
现场可编程门阵列FPGA的特点
SRAM结构：可以无限次编程，但它属于易失性元件，掉电后 芯片内信息丢失。通电之后，要为FPGA重新配置逻辑 内部连线结构：CPLD的信号通路固定，系统速度可以预测。 而FPGA的内连线是分布在CLB周围，而且编程的种类和编程 点很多，布线相当灵活。 芯片逻辑利用率：由于FPGA的CLB规模小，可分为两个独立 的电路，又有丰富的连线，其逻辑利用率很高。
eda技术实用教程-veriloghdl答案
eda技术实用教程-veriloghdl答案【篇一：eda技术与vhdl程序开发基础教程课后答案】eda的英文全称是electronic design automation2.eda系统设计自动化eda阶段三个发展阶段3. eda技术的应用可概括为4.目前比较流行的主流厂家的eda软件有、5.常用的设计输入方式有原理图输入、文本输入、状态机输入6.常用的硬件描述语言有7.逻辑综合后生成的网表文件为 edif8.布局布线主要完成9.10.常用的第三方eda工具软件有synplify/synplify pro、leonardo spectrum1.8.2选择1.eda技术发展历程的正确描述为（a）a cad-cae-edab eda-cad-caec eda-cae-cadd cae-cad-eda2.altera的第四代eda集成开发环境为（c）a modelsimb mux+plus iic quartus iid ise3.下列eda工具中，支持状态图输入方式的是（b）a quartus iib isec ispdesignexpertd syplify pro4.下列几种仿真中考虑了物理模型参数的仿真是（a）a 时序仿真b 功能仿真c 行为仿真d 逻辑仿真5.下列描述eda工程设计流程正确的是（c）a输入-综合-布线-下载-仿真b布线-仿真-下载-输入-综合c输入-综合-布线-仿真-下载d输入-仿真-综合-布线-下载6.下列编程语言中不属于硬件描述语言的是（d）a vhdlb verilogc abeld php1.8.3问答1.结合本章学习的知识，简述什么是eda技术？谈谈自己对eda技术的认识？答：eda（electronic design automation）工程是现代电子信息工程领域中一门发展迅速的新技术。
2.简要介绍eda技术的发展历程？答：现代eda技术是20世纪90年代初从计算机辅助设计、辅助制造和辅助测试等工程概念发展而来的。
1、2EDA简介与可编程逻辑器件PLD
– 是电子系统硬件行为描述、结构描述、逻辑描述的 语言 。
• HDL常用来设计规模较大、复杂的电子系统
EDA工具
用HDL描 述设计
综合、仿真
目标文件
编程下载
所谓的高层设计(High Level Design)方法
数字系统的设计描述方法
• 优点：
–能形象化、抽象地表示电路的结构和行为 –适于描述逻辑功能 –借用高级语言简化电路的描述 –具有电路仿真与验证机制 –便于文档管理 –易于理解和移植重用
电子设计自动化
——EDA 魏永涛
什么是EDA
• Electronic Design Automation电子设计自动化
–是在计算机的辅助下完成电子产品设计的一种先 进的硬件设计技术！
–是立足于计算机工作平台开发出来的一整套先进 的设计电子系统的软件工具。
信息处理
应用电子
人工智能
EDA
计算机
拓扑学
计算数学
√系统级抽象能力较强
√适合由多人合作完成的 测试激励模块容易编写 特大型项目（一百万门以
5.现场可编程门阵列FPGA
(Field Programmable Gate Array)集成度>3万门/片
EPLD和FPGA集成密度高，称为高密度PLD 以上五种PLD编程开发系统由硬件（计算机和 编程器）和软件（专用编程软件）构成。
6. 在 系 统 可 编 程 器 件 ISP(In-System Programmable)-PLD是新一代器件，不需编程 器，只要将计算机编程产生的数据直接写入 PLD 就 可 以 了 。 其 中 高 密 度 ISP-PLD 又 称 为 CPLD(Complex Programmable Logic Device)
1.EDA技术概述
内容：ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1、EDA技术综述 2、FPGA/CPLD结构原理 3、VHDL语言 4、实验：
-Quartus II软件及一位全加器设计 -交通灯信号控制器设计 参考教材：《EDA技术与应用》王紫婷编 兰州大学出版社
实习报告要求
1、理论部分：
※EDA技术概念 ※EDA技术开发流程
※FPGA/CPLD概念和结构特点
4、适配器
逻辑综合通过后必须利用适配器将综合后网表文件针对 某一具体的目标器件进行逻辑映射操作，其中包括底层器件 配臵、逻辑分割、逻辑优化、逻辑布局布线操作。适配完成 后可以利用适配所产生的仿真文件作精确的时序仿真，同时 产生可用于编程的文件。 它的功能是将由综合器产生的网表文件配臵于指定的目 标器件中，使之产生最终的下载文件，如JEDEC、Jam格式的 文件。适配所选定的目标器件(FPGA/CPLD芯片)必须属于原 综合器指定的目标器件系列。 由可编程逻辑器件的厂商提供的开发软件来完成。
1、JTAG方式下载 2、针对SRAM结构的配臵 3、配臵器件编程
FPGA/CPLD 适配
结构综合器
FPGA/CPLD 编程下载
1、设计输入
• 图形输入
– 原理图输入、状态图输入、波形图输入 – 兼容性差
• HDL文本输入
– 最基本、最有效和最通用的输入方式
2、综合
• 将软件转换为硬件电路的关键步骤 • 将电路高级语言转化成低级的，可与FPGA/CPLD的基本 结构相映射的网表文件或程序 • 映射并不是唯一的
软件程序编译器
COMPILER
（a）软件语言设计目标流程
CPU指令/数据代码： 010010 100010 1100
eda技术及应用第三版课后答案谭会生
eda技术及应用第三版课后答案谭会生【篇一：《eda技术》课程大纲】>一、课程概述1.课程描述《eda技术》是通信工程专业的一门重要的集中实践课，是通信工程专业学生所必须具备的现代电子设计技术技能知识。
eda是电子技术的发展方向，也是电子技术教学中必不可少的内容。
本课程主要介绍可编程逻辑器件在电子电路设计及实现上的应用，介绍电路原理图和pcb图的设计技术。
开设该课程，就是要让学生了解大规模专用集成电路fpga和cpld的结构，熟悉一种以上的硬件描述语言，掌握一种以上的开发工具的使用等，掌握电路原理图和pcb图的现代设计技术与方法，从而提高学生应用计算机对电子电路和高速智能化系统进行分析与设计的能力。
2.设计思路本课程坚持“以学生为中心”的原则，以项目任务驱动的方式，采取理论知识与案例相结合的方式授课，提高学生的学习主动性。
通过必要的理论知识讲授、大量的实践训练和案例分析，培养学生的动手设计和实践能力，掌握eda开发的整个流程和基本技巧。
课程采用演示讲授和实践相结合，边讲边练的方法，让学生切身体会并掌握eda开发产品的流程和方法。
本课程集中2周时间开设，注重实践性，边讲边练，让学生切身体会并掌握eda开发技术。
3.实践要求（1）纪律和安全要求①不得将食物带入实验室，每次实训后请将使用后的废弃物带走。
违反者每次扣罚平时分2分。
②实训期间不得做与实训无关的其他事情，不得大声喧哗或做其他影响实训正常进行的事宜。
违反者每次扣罚平时分2分。
③实训期间，若学生有事不能正常参加实训，须提前以书面形式请假，并按指导教师的安排补做实训。
未经指导教师许可，学生不得任意调换实训时间和实训地点。
违反者每次扣罚平时分4分。
④学生不得以任何理由替代他人进行实训，违者直接取消实训成绩。
⑤学生除操作自己所分配的计算机外，不得操作实验室内其他任何设备。
违者每次扣罚平时分2分。
（2）业务要求实训所使用的软件protel和quartus ii，所有数据均通过服务器中转以及储存在服务器上，所以重启自己所用的电脑不会造成数据丢失。
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4．可编程连线阵列(PIA)
PIA信号布线到LAB的方式
第14页/共26页
5．I/O控制块
EPM7128S器件 的I/O控制块
第15页/共26页
3.3 编程与配置
USB-Blaster下载电缆
引脚
1
2
下载接口引脚信号名称
3
4
5
6
7
8
9
10
PS模式
DCK
GND
PS模式，FLEX10K配置时序
第19页/共26页
使用PC并行口配置FPGA
多FPGA芯片第配20置页电/共路26页
FPGA专用配置器件
FPGA的配置电路原理图
第21页/共26页
FPGA专用配置器件
EPCS器件配置FPGA的电路原理图
第22页/共26页
使用单片机配置FPGA
用89C52进行配置
Cyclone LE普通模式
第2页/共26页
行、列 直连线布线
行、列 直连线布线
行、列 直连线布线
LUT链
寄存器链
Cyclone系列器件的结构与原理
LAB 进位输入 进位输入0 进位输入1
addnsub Data1 Data2
Data3
进位输入 逻辑
两个 2输入 LUT (和)
寄存器链 输入
寄存器 控制信号
两个 2输入
LUT (进位)
同步装载 清零逻辑
寄 存
器
行、列和 直连线布线
局部布线
进位输出 逻辑
进位输出0 进位输出1
寄存器链 输出
Cyclone LE动态算术模式
第3页/共26页
Cyclone系列器件的结构与原理
控制信号
LAB输入信号
局部互连
4
LE1
4
LE2
4
LE3
4
LE4
4
LE5
4
LE6
4
LE7
3.2 典型CPLD的结构
1．逻辑阵列块(LAB)
MAX7128S的结构
第10页/共26页
2．宏单元
MAX7000系列的单个宏单元结构 第11页/共26页
3．扩展乘积项
局部连线
共享扩展 项提供的 “与非” 乘积项
共享扩展乘积项结构
宏单元的 乘积项 逻辑
宏单元的 乘积项 逻辑
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3．扩展乘积项
快速进位选择链
第7页/共26页
进位输出0
进位输出1
Cyclone系列器件的结构与原理
LE1
Lut
DQ
LE2
Lut
DQ
LUT链
LEs 3- 10
寄存器链
LUT链和寄存器链的使用
第8页/共26页
Cyclone系列器件的结构与原理
Cyclone器件
接收器件
外接电阻网路
外接终端电阻
LVDS连接
第9页/共26页
第25页/共26页
感谢您的欣赏！
第26页/共26页
CONF_DONE
VCC
nCONFIG
-
nSTATUS
-
DATA0
GND
JATG模
TCK
GND
TDO
VCC
TMS
-
-
式
-
TDI
GND
第16页/共26页
JTAG方式的在系统编程
CPLD编程下载连接图
第17页/共26页
JTAG方式的在系统编程
多CPLD芯片ISP编程连接方式
第18页/共26页
使用PC并行口配置FPGA
第23页/共26页
使用CPLD配置FPGA
使用单片机配置的缺点： 1、速度慢，不适用于大规模FPGA和高可靠 应用； 2、容量小，单片机引脚少，不适合接大的 ROM以存储较大的配置文件； 3、体积大，成本和功耗都不利于相关的设 计。
第24页/共26页
习题
3-1 OLMC有何功能？说明GAL是怎样实现可编程组合电 路与时序电路的。 3-2 什么是基于乘积项的可编程逻辑结构？ 3-3 什么是基于查找表的可编程逻辑结构？ 3-4 FLEX10K系列器件中的EAB有何作用？ 3-5 与传统的测试技术相比，边界扫描技术有何优点？ 3-6 解释编程与配置这两个概念。
01
LLeE11 和1 LLeE22 和2 LLeE33 和3 LLeE44 和4 LE5 和5
01
LE6 和6 LE7 和7 LE8 和8 LE9 和9 LE10 和10
LAB进位输出
LAB 进位输入 进位输入0 进位输入1
A B
0
1
2输入LUT
A+B+0
0
和
A+B+1
1
A+B+0
A+B+1
10
10
CLKENA2 SYNCLOAD
CLR2
ADDNSUB
CLK2
ASYNCLOAD /LABPRE
LAB控制信号生成
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CLR1
SYNCCLR
LAB进位输入
A1 B1
A2 B2
A3 B3
A4 B4
A5 B5
A6 B6
A7 B7
A8 B8
A9 B9
A10 B10
Cyclone系列器件的结构与原理
Cyclone系列器件的结构与原理
Cyclone LE结构图
第1页/共26页
Cyclone系列器件的结构与原理
sload sclear
aload
addnsub
data1 data2 data3
cin data4
寄存器链 输入
44--iinnppuutt LLUUTT
clock ena aclr
RReegg
4
LE8
4
LE9
4
LE10
LUT链 和
寄存器链
LE反馈信号连线
Cyclone LAB结构
第4页/共26页
Cyclone系列器件的结构与原理
LAB阵列
第5页/共26页
Cyclone系列器件的结构与原理
LAB 行 Clock
6
至每个寄存器
/
局部互连
局部互连
局部互连
局部互连 局部互连
局部互连
CLKENA1