EDA技術及數字系統的應用

第1章 概述 1
1.1 EDA技術 1
1.1.1 EDA技術的發展史 2
1.1.2 EDA與電子系統設計 3
1.1.3 EDA軟件平台 4
1.2 EDA技術的基本特征及工具 6
1.2.1 EDA技術的研究范疇 7
1.2.2 EDA技術的基本特征 8
1.2.3 EDA的基本工具 9
1.3 硬件描述語言簡介 10
1.4 可編程ASIC及發展趨勢 12
1.4.1 專用集成電路ASIC簡介 12
1.4.2 集成電路的設計流程 14
1.4.3 可編程ASIC的特點 17
1.4.4 可編程ASIC發展趨勢 18
1.5 IP核與SOC設計 20
1.5.1 IP核 20
1.5.2 IP核的復用技術 21
1.5.3 SOC設計技術 23
1.5.4 軟/硬件協同設計 25
1.6 EDA技術的發展趨勢 26
本章小結 27
習題 28

第2章 可編程邏輯器件 30
2.1 可編程邏輯器件的分類 30
2.2 可編程邏輯器件的編程元件 32
2.2.1 熔絲型開關 33
2.2.2 反熔絲型開關 34
2.2.3 浮柵編程元件 34
2.2.4 基於SRAM的編程元件 36
2.3 邊界掃描測試技術 36
2.4 CPLD/FPGA的基本結構及特點 38
2.4.1 CPLD的基本結構與特點 38
2.4.2 FPGA的基本結構與特點 42
2.4.3 CPLD與FPGA的比較 48
2.5 CPLD/FPGA主流器件介紹 49
2.5.1 Altera的CPLD系列 49
2.5.2 Xilinx的CPLD系列 50
2.5.3 Altera的FPGA系列 52
2.5.4 Xilinx的FPGA系列 54
2.6 編程與配置 55
2.6.1 JTAG方式的CPLD編程 56
2.6.2 PC並行口的FPGA配置 58
2.6.3 FPGA專用配置器件 59
本章小結 61
習題 62

第3章 CPLD/FPGA開發
工具--QuartusⅡ 63
3.1　QuartusⅡ概述 63
3.1.1　QuartusⅡ的特性 64
3.1.2　QuartusⅡ設計流程 65
3.1.3 QuartusⅡ的主界面 67
3.2　新建一個設計工程 71
3.2.1　轉換MAX+PLUSⅡ設計 72
3.2.2　使用”New Project Wizard”
命令新建工程 73
3.2.3 設計輸入 74
3.3　編譯與仿真工具 76
3.3.1 編譯工具 76
3.3.2 仿真工具 80
3.3.3　時序分析工具 84
3.4　編程下載 85
3.4.1 指定器件和分配引腳 85
3.4.2 配置器件 88
3.5 設計優化及其他設置 89
3.5.1 面積與速度的優化 89
3.5.2 時序約束及設置 89
3.5.3 適配設置 90
3.5.4 功率分析 90
3.6 器件庫和參數化宏功能模塊 91
3.6.1 元件庫和宏單元庫 91
3.6.2 自定制宏功能模塊 98
3.6.3 嵌入式存儲器和
鎖相環模塊 100
3.6.4 濾波器FIR 107
3.7 嵌入式邏輯分析儀的硬件測試 110
3.8 嵌入式系統設計 113
3.8.1 用SOPC Builder創建SOPC
設計 114
3.8.2 用DSP Builder創建DSP
設計 117
本章小結 120
習題 120

第4章 硬件描述語言AHDL 122
4.1 AHDL的基本元素 122
4.2 基本的AHDL設計結構 128
4.2.1 子設計段 129
4.2.2 邏輯段 130
4.2.3 變量段 130
4.2.4 AHDL模板 134
4.3 函數模塊及其引用 134
4.4 AHDL的描述語句 140
4.4.1 文本編輯語句 140
4.4.2 邏輯設計語句 142
4.5 數字單元電路的設計實例 147
4.5.1 組合邏輯電路 147
4.5.2 寄存器和計數器 152
4.5.3 有限狀態機設計 156
4.5.4 綜合邏輯電路 158
本章小結 164
習題 164

第5章 硬件描述語言VHDL 165
5.1 VHDL基本結構 165
5.1.1 多路選擇器的VHDL
描述 165
5.1.2 實體 167
5.1.3 結構體 169
5.1.4 庫、程序包及配置 171
5.2 VHDL語法規則 173
5.2.1 文字規則 173
5.2.2 數據對象 176
5.2.3 數據類型 179
5.2.4 VHDL操作符 185
5.2.5 VHDL屬性描述 186
5.3 VHDL中的順序語句 189
5.3.1 賦值語句 189
5.3.2 流程控制語句 190
5.3.3 wait語句 195
5.3.4 斷言語句 196
5.4 VHDL中的並行語句 196
5.4.1 進程語句 197
5.4.2 並行信號賦值語句 198
5.4.3 塊語句 200
5.4.4 元件例化語句 201
5.4.5 生成語句 203
5.5 子程序 205
5.5.1 函數 206
5.5.2 過程 207
8.5.3 子程序重載 209
5.6 狀態機的VHDL設計 211
5.6.1 狀態機的基本結構 211
5.6.2 狀態轉移圖 212
5.6.3 狀態機的VHDL描述 213
5.6.4 狀態機的圖形編輯設計 218
5.6.5 狀態編碼與狀態分配 220
5.6.6 剩余狀態與容錯技術 222
5.7 數字電路設計 223
5.7.1 VHDL的描述風格 223
5.7.2 組合邏輯電路 226
5.7.3 時序邏輯電路 231
本章小結 235
習題 235

第6章 硬件描述語言Verilog HDL 238
6.1 Verilog HDL概述 238
6.1.1 不同抽象級別的Verilog HDL
模型 238
6.1.2 Verilog HDL模型的基本
單元--模塊 239
6.1.3 邏輯仿真 241
6.2 Verilog HDL的語法 243
6.2.1 語法約定 243
6.2.2 數據類型 244
6.2.3 模塊端口 247
6.3 結構描述形式 247
6.4 數據流描述形式 249
6.4.1 連續賦值語句assign 249
6.4.2 表達式和運算符 250
6.5 行為描述形式 253
6.5.1 過程結構 253
6.5.2 過程賦值語句 255
6.5.3 時序控制 256
6.5.4 流控制 257
6.5.5 任務與函數 258
6.6 數字電路設計實例 260
6.6.1 組合邏輯電路設計 261
6.6.2 時序邏輯電路設計 262
6.6.3 有限狀態機設計 263
本章小結 269
習題 269

第7章 數字系統設計及實例 271
7.1 數字系統概述 271
7.1.1 數字系統的概念 271
7.1.2 數字系統的基本結構 272
7.1.3 數字系統設計的特點 273
7.1.4 數字系統的設計方法 277
7.2 數字系統的描述方法 279
7.2.1 方框圖和定時圖 279
7.2.2 算法流程圖 280
7.2.3 ASM圖 283
7.3 數字系統的實現 287
7.3.1 數據處理單元 288
7.3.2 控制單元 292
7.4 FPGA系統的設計優化 296
7.4.1 資源優化 297
7.4.2 速度優化 303
7.4.3 系統的同步設計 310
7.4.4 優化設置與分析 318
7.5 移位相加8位硬件乘法器 321
7.5.1 硬件乘法器的設計思想 321
7.5.2 硬件乘法器的實現 322
7.6 十字路口交通信號的控制系統 324
7.6.1 系統的功能要求 324
7.6.2 控制器算法設計及實現 325
7.7 數據采集系統設計 330
7.7.1 系統的功能要求和
設計思想 330
7.7.2 ADC控制模塊設計 332
7.8 多功能函數信號發生器 334
7.8.1 信號發生器的功能和
設計思想 334
7.8.2 各功能模塊設計 335
7.9 數字頻率計設計 340
7.9.1 頻率測量方法和原理 340
7.9.2 系統要求和結構 340
7.9.3 數字頻率計實現 341
本章小結 345
習題 345

第8章 FPGA綜合設計實踐 346
8.1 VGA圖像顯示的設計與應用 346
8.1.1 VGA顯示接口和
標准時序 347
8.1.2 系統的功能要求和
設計思想 349
8.1.3 各功能模塊的設計 351
8.2 PS/2鍵盤接口設計與VGA顯示 361
8.2.1 PS/2接口及鍵盤掃描碼 361
8.2.2 設計要求 364
8.2.3 各功能模塊的實現 365
8.3 PS/2鼠標接口設計與VGA顯示 373
8.3.1 PS/2鼠標的工作模式和
數據格式 373
8.3.2 功能要求和設計思想 375
8.3.3 各功能模塊的設計 376
8.4 通用異步收發器設計與VGA
顯示 386
8.4.1 通用異步收發器原理及
接口 386
8.4.2 系統的功能要求 387
8.4.3 各功能模塊的設計 387
8.5 單線(1-Wire)溫度測量與LCD1602
顯示 395
8.5.1 DS18B20數字溫度
傳感器 395
8.5.2 字符型LCD1602 399
8.5.3 功能要求和設計思想 402
8.5.4 各功能模塊的設計 403
8.6 SPI接口總線及應用 411
8.6.1 SPI接口及協議 411
8.6.2 串行A/D芯片ADS7822 413
8.6.3 串行D/A芯片DAC7513 417
8.7 I2C總線及應用 421
8.7.1 I2C總線接口 421
8.7.2 AT24C02器件的
數據讀寫 423
本章小結 432
習題 432

參考文獻 433