数字系统设计
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高级数字系统设计数字系统已经成为现代社会中不可或缺的一部分,广泛应用于通信、计算机、工业自动化等领域。
随着科技的不断发展,人们对数字系统的要求也变得越来越高。
高级数字系统设计是为了满足这一需求而产生的,它在传统数字系统设计的基础上进行了进一步的优化和改进,以提高系统性能、降低功耗和增强可重构性。
1. 引言高级数字系统设计在数字系统领域具有重要的地位和作用。
本文将介绍高级数字系统设计的基本概念、原理和应用。
2. 高级数字系统设计的基本概念2.1 可编程逻辑器件(PLD)和可编程门阵列(GAL)可编程逻辑器件和可编程门阵列是高级数字系统设计中常用的硬件实现工具。
它们可以根据用户的要求进行编程,实现不同的逻辑功能。
2.2 时序分析与优化时序分析与优化是高级数字系统设计中的关键技术之一。
通过对时序进行准确的分析和优化,可以提高系统的稳定性和性能。
2.3 高级综合技术高级综合技术是将高级程序设计语言(如C、C++等)转化为硬件逻辑的过程。
它能够提高设计效率,缩短设计周期。
3. 高级数字系统设计的原理3.1 并行性与流水线技术并行性和流水线技术是高级数字系统设计中的重要原理。
通过合理地设计并行结构和流水线,可以提高系统的运行速度和效率。
3.2 分布式处理与多核技术分布式处理与多核技术是高级数字系统设计中常用的原理。
它们可以将任务分配给多个处理核心并行处理,提高系统的处理能力和性能。
3.3 管脚分组与布线规划管脚分组和布线规划是高级数字系统设计中的重要原理。
通过合理地进行管脚分组和布线规划,可以减少信号干扰,提高系统的可靠性和可重构性。
4. 高级数字系统设计的应用4.1 通信系统高级数字系统设计在通信系统中具有广泛的应用。
通过合理地设计和优化,可以提高通信系统的传输速率和数据处理能力。
4.2 计算机系统高级数字系统设计在计算机系统中也具有重要的应用。
它可以提高计算机的运算速度和存储容量,提升系统的整体性能。
4.3 工业自动化高级数字系统设计在工业自动化领域的应用也逐渐增多。
数字系统设计知识点数字系统设计是计算机工程和电子工程中的重要内容,涵盖了多种关键概念和技术。
本文将介绍数字系统设计的一些基础知识点,包括数字系统的基本原理、数字电路的构建和设计、以及数字系统中常见的编码和调制技术。
一、数字系统的基本原理数字系统是由数字电路组成的,其中的信息以二进制形式表示。
数字电路由数字逻辑门组成,可以执行布尔运算。
数字系统的基本原理包括以下几个关键概念:1. 二进制系统:数字系统采用二进制表示,即使用0和1来表示逻辑状态。
二进制是一种计数系统,它只使用两个数字来表示所有的值。
2. 布尔代数:布尔代数是描述和操作逻辑关系的一种数学工具。
它基于三个基本运算:与、或和非。
布尔代数可以用于设计和分析数字逻辑电路。
3. 逻辑门:逻辑门是数字电路的基本构件,用于执行逻辑运算。
常见的逻辑门包括与门、或门、非门等。
通过组合逻辑门可以构建复杂的数字电路。
二、数字电路的构建和设计数字电路是数字系统的基础,它由逻辑门和触发器等元件组成。
数字电路的构建和设计需要考虑以下几个因素:1. 逻辑门的组合与实现:通过组合不同类型的逻辑门可以实现多种逻辑功能。
例如,与门和或门的组合可以实现任意布尔函数。
设计者需要根据具体需求选择适当的逻辑门组合。
2. 状态机设计:状态机是一种具有离散状态的数字电路。
它由状态寄存器、组合逻辑和输出逻辑组成。
设计者需要根据系统需求定义状态和转移条件,然后选择适当的触发器和逻辑门实现状态机。
3. 模时序系统设计:模时序系统是一种具有时序行为的数字电路。
它由触发器和组合逻辑构成,可以实现时序逻辑功能。
设计者需要考虑时钟信号、触发器类型和时序逻辑的实现方式。
三、编码和调制技术在数字系统设计中,编码和调制是常用的技术,用于将信息从一种形式转换成另一种形式。
1. 数字编码:数字编码用于将数字或字符等信息转换为二进制形式。
常见的数字编码包括BCD码、格雷码和ASCII码等。
不同的编码方式可以适用于不同的应用场景。
一、实验目的1. 理解数字系统设计的基本概念和流程。
2. 掌握数字电路的基本设计方法和技巧。
3. 熟悉常用数字集成电路的使用方法。
4. 培养实际动手能力和团队协作精神。
二、实验内容本次实验主要围绕数字系统设计展开,包括以下几个方面:1. 数字电路原理图绘制与仿真2. 数字系统硬件描述语言(HDL)编程3. 顶层模块设计4. 系统仿真与调试三、实验步骤1. 数字电路原理图绘制与仿真(1)根据实验要求,设计数字电路原理图,如数字时钟、移位寄存器等。
(2)使用Multisim等仿真软件对原理图进行仿真,验证电路功能。
2. 数字系统硬件描述语言(HDL)编程(1)根据原理图,使用Verilog或VHDL等HDL语言编写代码。
(2)对代码进行语法检查,确保代码正确。
3. 顶层模块设计(1)根据实验要求,设计顶层模块,如数字时钟控制器、移位寄存器控制器等。
(2)将底层模块(如计数器、触发器等)集成到顶层模块中。
4. 系统仿真与调试(1)使用仿真软件对顶层模块进行仿真,验证系统功能。
(2)根据仿真结果,对代码进行修改和优化,直至系统功能满足要求。
四、实验结果与分析1. 数字电路原理图绘制与仿真(1)原理图设计:根据实验要求,设计了一个数字时钟电路原理图,包括分频器、计数器、触发器等模块。
(2)仿真结果:通过仿真软件对原理图进行仿真,验证了电路功能。
2. 数字系统硬件描述语言(HDL)编程(1)代码编写:使用Verilog语言编写了数字时钟电路的代码,包括分频器、计数器、触发器等模块。
(2)代码验证:通过语法检查,确保代码正确。
3. 顶层模块设计(1)顶层模块设计:根据实验要求,设计了一个数字时钟控制器顶层模块,将底层模块集成到顶层模块中。
(2)系统仿真:通过仿真软件对顶层模块进行仿真,验证了系统功能。
4. 系统仿真与调试(1)系统仿真:通过仿真软件对顶层模块进行仿真,验证了系统功能。
(2)调试:根据仿真结果,对代码进行修改和优化,直至系统功能满足要求。
《数字系统设计》复习题一、选择题1.一个项目的输入输出端口是定义在。
A.实体中B.结构体中C.任何位置D.进程体2.描述项目具有逻辑功能的是。
A.实体B.结构体C.配置D.进程3.关键字ARCHITECTURE定义的是。
A.结构体B.进程C.实体D.配置4. MAXPLUSII中编译VHDL源程序时要求。
A.文件名和实体可以不同名B.文件名和实体名无关C.文件名和实体名要相同D.不确定5. 1987标准的VHDL语言对大小写是。
A.敏感的B.只能用小写C.只能用大写D.不敏感6.关于1987标准的VHDL语言中,标识符描述正确的是。
A.必须以英文字母开头B.可以使用汉字开头C.可以使用数字开头D.任何字符都可以7.关于1987标准的VHDL语言中,标识符描述正确的是。
A.下划线可以连用B.下划线不能连用C.不能使用下划线D.可以使用任何字符8.符合1987VHDL标准的标识符是。
A. A_2B. A+2C. 2AD. 229.符合1987VHDL标准的标识符是。
A. a_2_3B. a_2C. 2_2_aD. 2a10.不符合1987VHDL标准的标识符是。
A. a_1_inB. a_in_2C. 2_aD. asd_111.不符合1987VHDL标准的标识符是。
A. a2b2B. a1b1C. ad12D. %5012. VHDL语言中变量定义的位置是。
A.实体中中任何位置B.实体中特定位置C.结构体中任何位置D.结构体中特定位置13. VHDL语言中信号定义的位置是。
A.实体中任何位置B.实体中特定位置C.结构体中任何位置D.结构体中特定位置14.变量是局部量可以写在。
A.实体中B.进程中C.线粒体D.种子体中15.变量和信号的描述正确的是。
A.变量赋值号是:=B.信号赋值号是:=C.变量赋值号是<=D.二者没有区别16.变量和信号的描述正确的是。
A.变量可以带出进程B.信号可以带出进程C.信号不能带出进程别17.关于VHDL数据类型,正确的是。
数字系统设计的流程数字系统设计的流程可以分为以下几个步骤:需求分析、系统设计、逻辑设计、电路设计、布线设计、验证与调试。
需求分析是数字系统设计的第一步。
在这个阶段,设计师需要与客户或用户进行沟通,了解他们对系统的需求和期望。
设计师需要明确系统的功能、性能、接口要求等,并将这些需求转化为设计的指导原则。
接下来是系统设计阶段。
在这个阶段,设计师需要确定系统的整体架构和组成部分。
设计师会绘制系统的框图,标识出各个模块之间的关系和数据流动。
同时,设计师还需要选择合适的处理器、存储器和外设等硬件组件,并设计系统的输入输出接口。
然后是逻辑设计阶段。
在这个阶段,设计师需要将系统的功能分解为更小的模块,并确定每个模块的功能和接口。
设计师会使用硬件描述语言(HDL)来描述系统的逻辑功能,并通过仿真工具进行验证。
在这个阶段,设计师需要考虑系统的时序要求、数据通路和控制信号等。
接着是电路设计阶段。
在这个阶段,设计师会将逻辑设计转化为实际的电路设计。
设计师会选择合适的逻辑门、触发器、寄存器等元件,并进行连线。
设计师还需要考虑电源和地线的布局、信号的传输和阻抗匹配等问题。
布线设计是数字系统设计的下一个阶段。
在这个阶段,设计师会将电路设计转化为实际的物理布局。
设计师需要考虑信号线的长度、走线的路径和布局的密度等因素,以确保信号的稳定性和电路的可靠性。
最后是验证与调试阶段。
在这个阶段,设计师会使用仿真工具和实际的硬件进行系统的验证和调试。
设计师需要检查系统的功能是否符合需求,并进行必要的修正和调整。
同时,设计师还需要测试系统的性能和稳定性,并进行必要的优化和改进。
数字系统设计的流程包括需求分析、系统设计、逻辑设计、电路设计、布线设计、验证与调试等多个阶段。
每个阶段都有其特定的任务和目标。
通过合理的流程和方法,设计师可以高效地完成数字系统的设计工作,并确保系统的功能和性能符合需求。
verilog数字系统设计教程Verilog数字系统设计教程作者:XXX引言:数字系统设计是现代电子工程中非常重要的一部分。
Verilog作为一种硬件描述语言,提供了一种方便且专业的方法来设计和描述数字系统。
本教程旨在为初学者提供关于Verilog数字系统设计的详细介绍和指导。
1. Verilog简介Verilog作为一种硬件描述语言,用于描述数字系统的功能、结构和时序行为。
它类似于C语言,但更专注于硬件级别。
Verilog可以用于设计各种数字系统,例如处理器、嵌入式系统、通信设备等。
2. Verilog基本语法2.1 模块定义Verilog的基本单位是模块。
模块是数字系统的基本组成部分,可以看作是一个独立的功能单元。
模块可以包含输入、输出、内部信号以及其它子模块等。
2.2 信号声明在Verilog中,可以声明各种类型的信号,包括输入信号、输出信号和内部信号等。
信号声明定义了信号的类型、宽度和方向。
3. Verilog建模3.1 组合逻辑建模组合逻辑是数字系统中最基本的部分。
Verilog提供了各种组合逻辑建模的方法,包括逻辑运算、选择结构和多路复用器等。
3.2 时序逻辑建模时序逻辑是数字系统中需要考虑时序关系的部分。
Verilog提供了时序逻辑建模的方法,包括触发器、计数器和时序控制等。
4. Verilog仿真4.1 仿真器介绍仿真器是用于验证数字系统设计的工具。
Verilog可以与各种仿真器配合使用,用于验证设计的正确性和性能。
4.2 仿真流程仿真流程包括编写测试平台和测试用例、编译和仿真等步骤。
本节将介绍基本的仿真流程和相关技巧。
5. Verilog综合5.1 综合概述综合是将Verilog代码转换为逻辑门级描述的过程。
综合器通过将Verilog代码映射到实际的硬件库中,生成能够实现指定功能的逻辑电路。
5.2 综合流程综合流程包括综合前的优化和综合本身两个阶段。
本节将介绍综合的基本流程和主要考虑因素。
一、实验目的1. 熟悉数字系统设计的基本流程和方法;2. 掌握数字系统硬件描述语言(如Verilog)的基本语法和设计方法;3. 培养动手实践能力,提高数字系统设计水平;4. 了解数字系统设计中常用模块的功能和实现方法。
二、实验内容1. 数字系统硬件描述语言(Verilog)编程2. 数字系统模块设计3. 数字系统仿真与调试三、实验步骤1. 设计数字系统模块(1)分析数字系统功能需求,确定模块功能;(2)根据模块功能,设计模块的输入输出端口和内部结构;(3)使用Verilog语言编写模块代码。
2. 编写顶层模块(1)根据数字系统功能需求,设计顶层模块的输入输出端口和内部结构;(2)将已设计的模块实例化,连接各模块端口;(3)编写顶层模块代码。
3. 仿真与调试(1)使用仿真工具(如ModelSim)对顶层模块进行仿真;(2)观察仿真波形,分析模块功能是否满足设计要求;(3)根据仿真结果,对模块代码进行修改和优化;(4)重复步骤(2)和(3),直至模块功能满足设计要求。
四、实验结果与分析1. 数字系统模块设计(1)设计了一个4位加法器模块,包括两个4位输入端口、一个4位输出端口和两个进位输出端口;(2)设计了一个2位乘法器模块,包括两个2位输入端口和一个4位输出端口;(3)设计了一个8位存储器模块,包括一个8位输入端口、一个8位输出端口和一个地址输入端口。
2. 顶层模块设计(1)根据功能需求,设计了一个包含加法器、乘法器和存储器的数字系统顶层模块;(2)将已设计的模块实例化,连接各模块端口;(3)编写顶层模块代码。
3. 仿真与调试(1)使用ModelSim对顶层模块进行仿真;(2)观察仿真波形,发现加法器和乘法器功能正常,但存储器模块存在错误;(3)分析存储器模块代码,发现地址输入端口的逻辑关系错误;(4)修改存储器模块代码,重新进行仿真,验证模块功能正确。
五、实验总结1. 通过本次实验,掌握了数字系统设计的基本流程和方法;2. 学会了使用Verilog语言进行数字系统模块设计;3. 培养了动手实践能力,提高了数字系统设计水平;4. 了解数字系统设计中常用模块的功能和实现方法。
数字系统设计及实验实验报告一、实验目的数字系统设计及实验课程旨在让我们深入理解数字逻辑的基本概念和原理,掌握数字系统的设计方法和实现技术。
通过实验,我们能够将理论知识应用于实际,提高解决问题的能力和实践动手能力。
本次实验的具体目的包括:1、熟悉数字电路的基本逻辑门、组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计方法。
2、掌握使用硬件描述语言(如 Verilog 或 VHDL)进行数字系统建模和设计。
3、学会使用相关的电子设计自动化(EDA)工具进行电路的仿真、综合和实现。
4、培养团队合作精神和工程实践能力,提高解决实际问题的综合素质。
二、实验设备和工具1、计算机:用于编写代码、进行仿真和综合。
2、 EDA 软件:如 Quartus II、ModelSim 等。
3、实验开发板:提供硬件平台进行电路的下载和测试。
4、数字万用表、示波器等测量仪器:用于检测电路的性能和信号。
三、实验内容1、基本逻辑门电路的设计与实现设计并实现与门、或门、非门、与非门、或非门和异或门等基本逻辑门电路。
使用 EDA 工具进行仿真,验证逻辑功能的正确性。
在实验开发板上下载并测试实际电路。
2、组合逻辑电路的设计与实现设计一个 4 位加法器,实现两个 4 位二进制数的相加。
设计一个编码器和译码器,实现数字信号的编码和解码。
设计一个数据选择器,根据控制信号选择不同的输入数据。
3、时序逻辑电路的设计与实现设计一个同步计数器,实现模 10 计数功能。
设计一个移位寄存器,实现数据的移位存储功能。
设计一个有限状态机(FSM),实现简单的状态转换和控制逻辑。
四、实验步骤1、设计方案的确定根据实验要求,分析问题,确定电路的功能和性能指标。
选择合适的逻辑器件和设计方法,制定详细的设计方案。
2、代码编写使用硬件描述语言(如 Verilog 或 VHDL)编写电路的代码。
遵循代码规范,注重代码的可读性和可维护性。
3、仿真验证在 EDA 工具中对编写的代码进行仿真,输入不同的测试向量,观察输出结果是否符合预期。
数字系统设计实验报告1. 引言数字系统设计是计算机科学与工程中的重要领域之一。
本实验旨在通过设计一个基本的数字系统,深入理解数字系统的原理和设计过程。
本文将按照以下步骤详细介绍实验的设计和实施。
2. 实验目标本实验旨在设计一个简单的数字系统,包括输入、处理和输出三个模块。
具体目标如下: - 设计一个输入模块,用于接收用户的输入数据。
- 设计一个处理模块,对输入数据进行特定的处理。
- 设计一个输出模块,将处理结果展示给用户。
3. 实验设计3.1 输入模块设计输入模块主要用于接收用户的输入数据,并将其传递给处理模块进行处理。
在本实验中,我们选择使用键盘作为输入设备。
具体设计步骤如下: 1. 初始化输入设备,确保能够正确接收用户输入。
2. 设计输入缓冲区,用于存储用户输入的数据。
3. 实现输入函数,将用户输入的数据存储到输入缓冲区中。
3.2 处理模块设计处理模块是数字系统的核心部分,负责对输入数据进行特定的处理。
在本实验中,我们选择设计一个简单的加法器作为处理模块。
具体设计步骤如下: 1. 定义输入数据的格式和表示方法。
2. 实现加法器的逻辑电路,可以通过使用逻辑门和触发器等基本组件来完成。
3. 设计加法器的控制电路,用于控制加法器的运算过程。
4. 验证加法器的正确性,可以通过给定一些输入数据进行测试。
3.3 输出模块设计输出模块用于将处理结果展示给用户。
在本实验中,我们选择使用显示器作为输出设备。
具体设计步骤如下: 1. 初始化输出设备,确保能够正确显示处理结果。
2. 设计输出缓冲区,用于存储待显示的数据。
3. 实现输出函数,将输出数据从输出缓冲区中传输到显示器上。
4. 实验实施4.1 输入模块实施根据3.1节中的设计步骤,我们首先初始化输入设备,然后设计输入缓冲区,并实现相应的输入函数。
4.2 处理模块实施根据3.2节中的设计步骤,我们定义输入数据的格式和表示方法,然后实现加法器的逻辑电路和控制电路。
数字电路与系统设计介绍关于数字电路与系统设计介绍如下:一、数字电路基础数字电路是处理二进制数字信号的电路,其主要特点是将信号表示为离散的二进制形式。
数字信号具有抗干扰能力强、精度高等优点。
数字电路的基本单元是逻辑门电路,它们通过组合和时序逻辑设计,实现各种复杂的逻辑功能。
二、逻辑门电路逻辑门电路是数字电路的基本单元,它根据输入信号的逻辑值来决定输出信号的状态。
常见的逻辑门电路包括与门、或门、非门、与非门、或非门等。
这些逻辑门电路可以通过不同的组合和配置,实现复杂的逻辑运算。
三、组合逻辑电路组合逻辑电路是指只包含组合关系的逻辑电路。
在组合逻辑电路中,输出信号的状态仅取决于输入信号的当前状态,而不受时间的限制。
常见的组合逻辑电路包括加法器、比较器、多路选择器等。
四、时序逻辑电路时序逻辑电路是指包含时序关系的逻辑电路。
在时序逻辑电路中,输出信号不仅取决于当前的输入信号,还与前一时刻的输入信号有关。
常见的时序逻辑电路包括寄存器、计数器、移位器等。
五、数字系统设计方法数字系统设计是指将一组特定的功能需求转化为数字电路或数字系统的方法。
数字系统设计的方法主要包括自顶向下设计和自底向上设计两种。
自顶向下设计是指从高级抽象开始,逐步向低级抽象过渡的设计方法;自底向上设计是指从底层硬件开始,逐步构建更高层次抽象的设计方法。
六、可编程逻辑器件可编程逻辑器件是一种集成电路,其内部逻辑结构可以通过编程来配置。
可编程逻辑器件的出现,使得数字系统的设计和实现变得更加灵活和方便。
常见的可编程逻辑器件包括现场可编程门阵列(FPGA)和复杂可编程逻辑器件(CPLD)等。
七、硬件描述语言硬件描述语言是一种用于描述数字系统硬件的语言。
它使用高级语言的形式来描述数字系统的结构和行为,使得数字系统的设计和实现更加方便和高效。
常见的硬件描述语言包括Verilog和VHDL等。
八、数字系统测试与验证数字系统测试与验证是确保数字系统正确性和可靠性的重要环节。
数字逻辑与数字系统设计数字逻辑与数字系统设计是计算机科学领域的重要基础知识,涉及到计算机硬件的运作原理和数字电路的设计。
本文将从数字逻辑的基本概念入手,逐步介绍数字系统设计的过程,并探讨常见的数字逻辑电路及其应用。
一、数字逻辑基础数字逻辑是研究数字信号的逻辑关系与运算的学科。
在计算机系统中,二进制的0和1被用于表示逻辑值,0代表假,1代表真。
数字逻辑中的基本逻辑运算有与、或、非、异或等。
通过这些运算,可以实现数字信号的处理和控制。
1. 与门与门是最基本的逻辑门之一,其输出只有在所有输入都为1时才为1,否则为0。
与门常用记号为“&”或“∧”。
2. 或门或门是另一种基本的逻辑门,其输出只有在至少一个输入为1时才为1,否则为0。
或门常用记号为“|”或“∨”。
3. 非门非门是最简单的逻辑门之一,其输出与输入相反。
非门常用记号为“¬”或“~”。
4. 异或门异或门是常用的逻辑门,其输出只有在输入不相同时才为1,否则为0。
异或门常用记号为“⊕”。
以上是数字逻辑中最基本的逻辑门,不同的逻辑门可以组合成更复杂的数字逻辑电路。
二、数字系统设计数字系统设计是将数字逻辑门和其他电子元件组合在一起,实现特定功能的过程。
在数字系统设计中,常用的设计方法是组合逻辑设计和时序逻辑设计。
1. 组合逻辑设计组合逻辑设计是指通过组合不同的逻辑门,根据输入产生特定的输出。
组合逻辑电路没有存储元件,只有输入和输出,输出仅取决于当前的输入。
2. 时序逻辑设计时序逻辑设计是指通过组合逻辑电路和存储元件,实现带有状态的数字系统。
时序逻辑电路的输出不仅与当前输入有关,还与之前的输入和存储元件的状态有关。
三、常见的数字逻辑电路及应用1. 加法器加法器是一种常见的数字逻辑电路,用于将两个二进制数相加。
全加器是一种常见的加法器,通过多个全加器的串联可以实现任意位数的加法运算。
2. 计数器计数器是一种递增或递减的数字逻辑电路,常用于计数和时序控制。
数字系统原理与设计
数字系统原理与设计是一个涵盖数字逻辑设计、数字电路分析、数字信号处理、计算机体系结构等领域的学科,通过对数字信号的处理和控制,实现对于数值问题的计算、控制和处理。
数字系统通常被用于计算机、通信、控制、测量、医疗等领域。
数字系统原理与设计包括以下内容:
1. 数字逻辑设计:包括布尔代数、逻辑门电路的设计和优化、数字电路设计的基本模块(译码器、多路选择器、计数器、寄存器等),以及数字系统的设计和实现。
2. 数字电路分析:包括基本逻辑门的分析、组合逻辑电路的分析、时序逻
辑电路的分析,以及用VHDL 或Verilog 设计数字电路的能力。
3. 数字信号处理:包括数字信号的采样、量化、编码、调制和解调、数字滤波器的设计和应用,以及数字信号处理器(DSP)的应用。
4. 计算机体系结构:包括计算机组成、指令集、管道、存储器层次结构、输入输出接口等方面的内容。
数字系统原理与设计涉及到很多概念、原理和技术,需要掌握一定的数学和物理知识,如布尔代数、逻辑函数、微电子学、信号处理等。
学习过程中需要掌握数字系统设计的方法与技巧,了解常用的数字IC、FPGA、DSP等芯片,通过实践设计和测试从而培养学生的实际操作能力和创新思维。
第一次作业EDA 的英文全称是什么EDA 的中文含义是什么答:ED自动化A 即Electronic Design Automation 的缩写,直译为:电子设计。
什么叫 EDA 技术利用 EDA 技术进行电子系统的设计有什么特点答:EDA 技术有狭义和广义之分,狭义EDA 技术就是以大规模可编程逻辑器件为设计载体,以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式,以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具,通过有关的开发软件,自动完成用软件的方式设计的电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真,直至完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作,最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技术,或称为IES/ASIC 自动设计技术。
①用软件的方式设计硬件;②用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关的开发软件自动完成的;③设计过程中可用有关软件进行各种仿真;④系统可现场编程,在线升级;⑤整个系统可集成在一个芯片上,体积小、功耗低、可靠性高。
从使用的角度来讲,EDA 技术主要包括几个方面的内容这几个方面在整个电子系统的设计中分别起什么作用答:EDA 技术的学习主要应掌握四个方面的内容:①大规模可编程逻辑器件;②硬件描述语言;③软件开发工具;④实验开发系统。
其中,硬件描述语言是重点。
对于大规模可编程逻辑器件,主要是了解其分类、基本结构、工作原理、各厂家产品的系列、性能指标以及如何选用,而对于各个产品的具体结构不必研究过细。
对于硬件描述语言,除了掌握基本语法规定外,更重要的是要理解VHDL 的三个“精髓”:软件的强数据类型与硬件电路的惟一性、硬件行为的并行性决定了VHDL 语言的并行性、软件仿真的顺序性与实际硬件行为的并行性;要掌握系统的分析与建模方法,能够将各种基本语法规定熟练地运用于自己的设计中。
对于软件开发工具,应熟练掌握从源程序的编辑、逻辑综合、逻辑适配以及各种仿真、硬件验证各步骤的使用。
对于实验开发系统,主要能够根据自己所拥有的设备,熟练地进行硬件验证或变通地进行硬件验证。
什么叫可编程逻辑器件(简称 PLD) FPGA 和 CPLD 的中文含义分别是什么国际上生产FPGA/CPLD 的主流公司,并且在国内占有较大市场份额的主要有哪几家其产品系列有哪些其可用逻辑门/等效门数大约在什么范围答:可编程逻辑器件(简称PLD)是一种由用户编程以实现某种逻辑功能的新型逻辑器件。
FPGA 和CPLD 分别是现场可编程门阵列和复杂可编程逻辑器件的简称。
国际上生产FPGA/CPLD 的主流公司,并且在国内占有市场份额较大的主要是Xilinx,Altera,Lattice 三家公司。
Xilinx 公司的FPGA 器件有XC2000,XC3000,XC4000,XC4000E,XC4000XLA,XC5200 系列等,可用门数为1200~18 000;Altera 公司的 CPLD 器件有 FLEX6000,FLEX8000,FLEX10K, FLEX10KE 系列等,提供门数为5000~25 000;Lattice 公司的ISP-PLD 器件有ispLSI1000,ispLSI2000,ispLSI3000,ispLSI6000 系列等,集成度可多达 25 000 个 PLD 等效门。
第二次作业目前比较流行的、主流厂家的EDA 的软件工具有哪些这些开发软件的主要区别是什么答:目前比较流行的、主流厂家的EDA 的软件工具有Altera 的MAX+plus II、Lattice 的ispEXPERT、Xilinx 的 Foundation Series。
对于目标器件为FPGA/CPLD 的VHDL 设计,其工程设计包括几个主要步骤每步的作用是什么每步的结果是什么答:第一:需要进行“源程序的编辑和编译”—用一定的逻辑表达手段将设计表达出来; 第二:要进行“逻辑综合”---将用一定的逻辑表达手段将表达出来的设计经过一系列的操作,分解成一系列的逻辑电路及对应的关系(电路分解);第三:要进行目标器件的“布线/适配”---在选用的目标器件中建立这些基本逻辑电路的对应关系(逻辑实现)第四:目标器件的编程下载---将前面的软件设计经过编程变成具体的设计系统(物理实现);最后要进行硬件仿真/硬件测试---验证所设计的系统是否符合要求。
同时,在设计过程中要进行有关仿真”---模拟有关设计结果与设计构想是否相符。
名词解释:逻辑综合、逻辑适配、行为仿真、功能仿真、时序仿真。
答:逻辑综合:逻辑综合器的功能就是将设计者在EDA 平台上完成的针对某个系统项目的HDL、原理图或状态图形的描述,针对给定硬件结构组件进行编译、优化、转换和综合,最终获得门级电路甚至更底层的电路描述文件。
由此可见,综合器工作前,必须给定最后实现的硬件结构参数,它的功能就是将软件描述与给定硬件结构用某种网表文件的方式联系起来。
显然,综合器是软件描述与硬件实现的一座桥梁。
综合过程就是将电路的高级语言描述转换成低级的,可与FPGA/CPLD 或构成ASIC 的门阵列基本结构相映射的网表文件。
逻辑适配:适配器的功能是将由综合器产生的网表文件配置于指定的目标器件中,产生最终的下载文件,如 JEDEC 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。
行为仿真:在综合以前可以先对VHDL 所描述的内容进行行为仿真,即将VHDL 设计源程序直接送到VHDL 仿真器中仿真,这就是所谓的VHDL 行为仿真。
因为此时的仿真只是根据VHDL 的语义进行的,与具体电路没有关系。
功能仿真:仅对VHDL 描述的逻辑功能进行测试模拟,以了解其实现的功能是否满足原设计的要求,仿真过程不涉及具体器件的硬件特性,如延时特性。
时序仿真:时序仿真是接近真实器件运行的仿真,仿真过程中已将器件特性考虑进去了,因而,仿真精度要高得多。
但时序仿真的仿真文件必须来自针对具体器件的布线/适配器所产生的仿真文件。
综合后所得的EDIF/XNF 门级网表文件通常作为FPGA 布线器或CPLD 适配器的输入文件。
通过布线/适配的处理后,布线/适配器将生成一个VHDL 网表文件,这个网表文件中包含了较为精确的延时信息,网表文件中描述的电路结构与布线/适配后的结果是一致的。
此时,将这个VHDL 网表文件送到VHDL 仿真器中进行仿真,就可以得到精确的时序仿真结果了。
谈谈你对 EDA 技术应用的展望。
技术将广泛应用于高校电类专业实践教学工作中;技术将广泛应用于科研工作和新产品的开发中;技术将广泛应用于专用集成电路的开发中;技术将广泛应用于传统机电设备的升级换代和技术改造中。
第三次作业简述 PLD 的基本类型和分类方法。
答:常见的PLD 产品有:PROM、EPROM、EEPROM、PLA、FPLA、PAL、GAL、CPLD、EPLD、EEPLD、HDPLD、FPGA、pLSI、ispLSI、ispGDS。
分类方法有:1、从结构的复杂度分类;2、从互连结构树上分类;3、从可编程特性上分类;4、从可编程元件上分类;2 .2CPLD 和 FPGA 是如何进行标识的举例进行说明。
答:FPGA 与CPLD 的辨别和分类主要是根据其结构特点和工作原理。
通常的分类方法是:将以乘积项结构方式构成逻辑行为的器件称为 CPLD,如 Lattice 的 ispLSI 系列、Xilinx 的XC9500 系列、Altera 的MAX7000S 系列和 Lattice(原 Vantis)的 Mach 系列等。
将以查表法结构方式构成逻辑行为的器件称为FPGA,如Xilinx 的SPARTAN 系列、Altera的 FLEX10K 或 ACEX1K 系列等。
第四次作业Altera公司、Xilinx公司、Lattice公司有哪些器件系列这些器件各有什么性能指标答:这些公司有CPLD器件系列、FPGA系列、ispLSI和pLSI逻辑器件系列;CPLD器件系列提高了芯片的利用率和工作频率;FPGA系列具有高密度、高速率、系列化、标准化、小型化、多功能、低功耗、低成本,设计灵活方便,可无限次反复编程,并可现场模拟调试等优点。
ispLSI和pLSI逻辑器件系列即有低密度PLD使用方便、性能可靠等优点,又有FPGA器件的高密度和灵活性。
CPLD的英文全称是什么CPLD的结构主要由哪几部分组成每一部分的作用如何答:Complex Programmable Logic Devices;主要由宏单元、可编程连线、I/O控制块组成;宏单元是基本结构、可编程连线负责信号传递,连线所有的宏单元。
I/O控制块负责输入输出的电气特性控制。
什么叫FPGA的配置模式FPGA器件有哪几种配置模式每种配置模式有什么特点FPGA的配置流程如何答:FPGA的配置模式是指FPGA用来完成设计时的逻辑配置和外部连接方式;FPGA器件有三类配置下载方式:主动配置方式(AS)和被动配置方式(PS)和最常用的(JTAG)配置方式。
AS由FPGA器件引导配置操作过程,它控制着外部存储器和初始化过程,EPCS系列.如EPCS1,EPCS4配置器件专供AS模式,目前只支持 Cyclone系列。
使用Altera串行配置器件来完成。
Cyclone期间处于主动地位,配置期间处于从属地位。
配置数据通过DATA0引脚送入 FPGA。
配置数据被同步在DCLK输入上,1个时钟周期传送1位数据。
PS则由外部计算机或控制器控制配置过程。
通过加强型配置器件(EPC16,EPC8,EPC4)等配置器件来完成,在PS配置期间,配置数据从外部储存部件,通过DATA0引脚送入FPGA。
配置数据在DCLK上升沿锁存,1个时钟周期传送1位数据。
JTAG接口是一个业界标准,主要用于芯片测试等功能,使用IEEE Std 联合边界扫描接口引脚,支持JAM STAPL 标准,可以使用Altera下载电缆或主控器来完成;FPGA的配置流程一般包括芯片的初始化、配置和启动等几个过程;什么叫系统可编程是不是只有Lattice公司的产品具有系统可编程的特性答:系统可编程就是当系统上电并正常工作时,计算机通过系统中的CPLD拥有ISP接口并直接对其进行编程,器件在编程后立即进入工作状态。
不是;第五次作业VHDL程序一般包括几个组成部分每部分的作用是什么答:(1)三个基本组成部分:库、程序包使用说明,实体描述和实体对应的结构体描述。
(2)库、程序包使用说明:用于打开调用本设计实体将用到的库、程序;实体描述:用于描述该设计实体与外界的接口信号说明;结构体描述:用于描述该设计实体内部的组成及内部工作的逻辑关系,结构体配置语句主要用于层次化的方式对特定的设计实体进行元件的例化,或是为实体选定某个特定的结构体。