第一章
1、EDA的定义:以计算机为工作平台,以EDA软件工具为开发环境,以硬件描述语言为设计语言,以ASIC为实现载体的电子产品自动化设计过程.
2、EDA的三大特征:硬件描述语言、系统级仿真、综合技术
3、EDA的设计方法:自上而下
4、EDA的核心:利用计算机完成电路设计的全程自动化
5、常用的EDA工具及其作用:
设计编辑器:一般支持图形输入,HDL文本输入,波形图输入等
仿真器:完成行为模型的表达、电子系统的建模、逻辑电路的验证以及门级系统的测试
HDL综合器:将软件描述与给定的硬件结构用某种网表文件的方式对应起来,成为相互的映射关系。
适配器:将由综合器产生的网表文件配置于指定的目标器件中,使之产生最终的下载文件,
下载器:在功能仿真与时序仿真正确的前提下,将设计下载到对应的实际器件中,实现硬件设计
6、EDA的设计流程:设计输入(将设计的系统或电路按照EDA开发软件要求的文本方式或图形方式表示出来,并送入计算机的过程。)
→综合(由高层次描述自动转换为低层次描述的过程,是EDA技术的核心。)
→适配(将综合后的网表文件针对某一具体的目标器件进行逻辑映射操作.)→仿真(功能仿真:对逻辑功能进行模拟测试,看是否符合设计及要求;时序仿真:包含硬件特性参数,仿真精度高)→目标器件的编程下载(将编程数据发放到具体的可编程器件中去)→硬件测试(FPGA或CPLD直接用于应用系统的检测中)
第二章
1、PLD的基本结构:输入缓冲器、与阵列、或阵列、输出缓冲器;电路的核心是由门电路构成的与阵列、或阵列,逻辑函数靠它们实现。
与阵列产生乘积项,或阵列产生乘积项之和。
2、PLD的分类:
简单PLD:
PROM:与门阵列固定,或门阵列可编程.优点:价格低、易编程性能可预测.不足:规模大、速度低、功耗高。
PLA:与阵列和或阵列均可编程。特点使用灵活,运行速度慢,价格高,缺少高质量的支持软件,使用不广泛。
PAL:与阵列可编程,或阵列固定,即乘积项可若干,数目固定.特点:性能速度较高.有几种固定的输出结构,不同结构对应不同的型号。
GAL;即通用阵列逻辑器件,与阵列和PAL的类似,或阵列及输出寄存器则采用OLMC输出逻辑宏单元OLMC最多有8个或项,每个或项最多有32个与项。
复杂PLD:
(1)CPLD———-—复杂可编程逻辑器件
(2)FPGA—--—-现场可编程门阵列
(3)ISP————-在系统可编程逻辑器件
3、PLD的互联结构:(1)确定型:除FPGA外的PLD器件 布线每次相同。(2)统计型:FPGA每次布线模式不同,设计者提出约束模式。
4、PLD相对于MCU的优势:运行速度、复位、程序“跑飞”
5、CPLD/FPGA的优势:高速性、高可靠性、编程方式、标准化设计语言
6、常用的可编程逻辑器件: CPLD和FPGA
7、CPLD 的结构: 可编程逻辑功能块(FB);可编程I/O单元;可编程内部连线。
CPLD最基本的单元是宏单元,由逻辑阵列、乘积项选择矩阵和可编程触发器组成.
8、FPGA器件的内部结构为逻辑单元阵列(LCA)包括:可编程输入/输出模块、核心阵列是
可编程逻辑块、可编程内部连线
9、FPGA的分类:(1)查表型FPGA的可编程逻辑块(CLB)是查表,由查表构成函数发生器,通过查表实现逻辑函数,查表的物理结构是静态存储器(SRAM)。查表本质上是一个RAM
大部分FPGA都是基于SRAM工艺的,而SRAM工艺的芯片在掉电后信息就会丢失,一定需要外加一片专用配置芯片
(2)多路开关型FPGA的可编程逻辑块c程序设计语言第几版最好(CLB)是可配置的多路开关。
(3)多路与非门型结构FPGA的结构是基于一个与—或—异或逻辑块。
10、可编程逻辑器件的测试技术:(1)内部逻辑测试(2)JTAG边界扫描
边界扫描的引脚功能:TDI——测试数据输入;TDO—-测试数据输出;TMS——测试模式选择;TCK-—测试时钟输入;TRST--测试复位输入
11、指令寄存器。用来决定是否进行测试或访问数据寄存器操作。旁路寄存器。这个l位寄存
器用来提供TDI和TDO的最小串行通道.边界扫描寄存器.由器件引脚上的所有边界扫描单元构成.
12、CPLD/FPGA的编程与配置
1)基于电可擦除存储单元的EEPROM或Flash技术。CPLD一般使用此技术进行编程。
2)基于SRAM查表的编程单元。对该类器件,编程信息是保存在SRAM中的,SRAM在掉电后编程信息立即丢失,在下次上电后,还需要重新载入编程信息。因此该类器件的编程一般称为配置.大部分FPGA采用该种编程工艺.
3)基于一次性可编程反熔丝编程单元
对于基于SRAM LUT结构的FPGA器件,由于是易失性器件使之需要在上电后必须进行一次配置,需要一个加载过程。
13、FPGA的配置方式:(1)FPGA专用配置器件
(2)使用单片机配置FPGA
(3)使用CPLD配置FPGA
14、FPGA和CPLD在开发应用上的选择:如果设计中使用到大量触发器,例如设计一个复杂的时序逻辑,那么使用FPGA就是一个很好选择。
同时PLD拥有上电即可工作的特性,而大部分FPGA需要一个加载过程,所以,如果系统要可编程逻辑器件上电就要工作,那么就应该选择PLD。
要嵌入cpu核或者DSP模块,选择FPGA。
编程:在逻辑设计时可以在没有设计具体电路时,就把CPLD/FPGA焊接在印制电路板上,然后在设计调试时可以一次又一次地改变整个电路的硬件逻辑关系,而不必改变电路板的结构。
配置:在掉电后编程信息立即失效,在下次上电后,还需要重新载入编程信息,此类编程成为配置.
第三章
1、原理图输入设计方法的编辑规则:
1)引脚名称:不区分大小写,第一个字符必须为英文,以后可用下划线、数字等组合下划线前后要有字母或数字“/”“—”“%”都是非法的
2)节点名称:显示为一条细线,命名规则与引脚名称相同
3)总线名称:显示一条粗线,代表很多节点的组合.名称后加[m..n] ,m,n 均为正数,大小不规定。如address[0.。7]
4)文件名称 :任何字符,〈32字符,扩展名为.bdf。仿真波形文件的扩展名为.vwf。元件符号图文件的扩展名为。sym
5)项目名称 :项目内相同程序的不同类型文件,名称相同,扩展名不同;功能不同的可用不同文件名,但项目名称必须与最高层的电路设计文件名称相同。
2、原理图底层电路设计:原理图由若干个元件组合而成,当有些元件是多个简单元件的组合电路时,为了精确仿真组合元件的特性,必须单独设计组合元件的原理图设计,这种设计称为底层电路设计。
3、原理图顶层电路设计:当所有的底层元件多设计完毕并生成包装好的单一元件后,再设计一个总原理图,把所有的底层元件调出来,进行导线连接、仿真、编程下载,这种设计称为顶层电路设计。
4、分层设计的好处:
增强设计的可读性,避免在设计中出现大量复杂的组合逻辑影响检查和测试效率
有利于进行模块复制,需要复制的电路模块可以先封装成底层元件,再在顶层设计中重复调用
5、分层设计的要点
在底层文件设计完成后执行File|Create Default Symbol 命令并编译(quartus II自动完成)
在顶层文件中,调用底层设计时
顶层文件不能与底层文件名字相同
6、用Quartus II图形编辑方式生成的图形文件的扩展名为。gdf或.bdf.
建立工程目录的需注意:文件的路径不能包含汉字,不能用空格
保存的文件名不要和库文件名相同,如and2、7402等等
7、设置仿真终止时间的意义:规定何时终止施加输入向量.
8、设置仿真栅格单位的意义:规定每个栅格的最小时间单位 ,时间值显示在每个栅格竖线的上方.仿真栅格单位是设置时钟周期的最小单位,即时钟周期最小等于栅格单位,最大等于栅格单位的倍数。
9、在波形文件存盘操中,系统自动将波形文件名设置设计文件名同名,但文件类型是。vwf.
锁定引脚后还需要对设计文件重新编译,产生设计电路的下载文件(。sof).
10、分配引线端子后一定要重新编译;同理,对原理图做任何修改后,也一定要重新编译
11、quartus II中各种类型文件后缀名:工程名.qpf 原理图.bdf 波形仿真文件.vwf VHDL源文件。vhd 底层文件生成的符号文件。bsf 下载文件 .pof for cpld .sof for fpga
第四章
1、什么是VHDL:Very high speed integrated Hardware Description Language (VHDL)-—超高速集成电路VHSIC)硬件描述语言
2、常用硬件描述语言:常用硬件描述语言有VHDL、Verilog和ABEL语言.
对比:(1) 逻辑描述层次:层次由高到低依次可分为行为级、RTL级和门电路级;VHDL语言是一种高级描述语言,适用于行为级和RTL级的描述,最适于描述电路的行为;Verilog语言和ABEL语言是一种较低级的描述语言,适用于RTL级和门电路级的描述,最适于描述门级电路。 (2) 设计要求:VHDL进行电子系统设计时可以不了解电路的结构细节,设计者所做的工作较少;Verilog和ABEL语言进行电子系统设计时需了解电路的结构细节,设计者需做大量的工作。(3) 综合过程:VHDL语言源程序的综合通常要经过行为级→RTL级→门电路级的转化,而Verilog语言和ABEL语言源程序的综合经过RTL级→门电路级的转化。(4) 对综合器的要求:VHDL描述语言层次较高,不易控制底层电路,因而对综合器的性能要求较高,Verilog和ABEL对综合器的性能要求较低。
3、VHDL的特点:
VHDL主要用于描述数字系统的结构、行为、功能和接口。
(1) 与其他的硬件描述语言相比,VHDL具有更强的行为描述能力。
(2) VHDL具有丰富的仿真语句和库函数。
(3) 用VHDL完成一个确定的设计,可以利用EDA工具进行逻辑综合和优化,并自动把VHDL描述设计转变成门级网表。
(4) VHDL对设计的描述具有相对独立性。
(5) 由于VHDL具有类属描述语句和子程序调用等功能。
(6) VHDL的生命周期长,移植性好。
4、VHDL程序设计约定:
语句结构描述中方括号“[ ]"内的内容为可选内容.
程序文字的大小写是不加区分的.
程序中的注释使用双横线“--”。
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