EDA技术与应用教程教学课件作者第2版王正勇课件EDA技术与应用教程第2版王正勇课件40078课件

1、EDA技术与应用教程,第1章 EDA技术概述 第2章 可编程逻辑器件 第3章 QUARTUS II应用基础 第4章 硬件描述语言VHDL 第5章 基本数字单元设计 第6章 EDA技术综合应用,第1章 EDA技术概述,1.1 EDA技术及其发展 1.2 EDA技术的主要内容 1.3 EDA的设计流程 1.4 常用EDA工具,1.1 EDA技术及其发展, EDA技术的涵义 EDA技术的发展 EDA技术的特点与发展趋势 EDA技术应用前景展望 EDA技术将广泛应用于高校电类专业的实践教学和科研工作 EDA技术将广泛应用于专用集成电路的设计和新产品的开发 EDA技术将广泛应用于传统机电设备的升级换代和技术改进,1.2 EDA技术的主要内容, 可编程逻辑器件 硬件描述语言 EDA工具软件,1.2 EDA技术的主要内容,1.3 EDA的设计流程, 设计准备 设计输入 设计处理 设计校验 器件编程 测试验证,图 1 - 1 EDA的设计流程, 图形输入方式 文本输入方式, 编译和检查, 优化和综合, 适配和分割, 布局和布线, 生成编程数据文件,1.4 常用EDA工具, 编辑器 仿真器 综合器 适配

2、器 下载器,思考练习, 何谓EDA技术？EDA技术的核心内容是什么？ 简述EDA技术的发展历程。 简述用EDA技术设计电路的基本流程。 什么是硬件描述语言？常见的硬件描述语言有哪些？ 与软件描述语言相比，HDL有什么特点？ EDA技术与ASIC设计和FPGA开发有何关系？,第2章 可编程逻辑器件,2.1 可编程逻辑器件概述 2.2 CPLD的实现原理与典型结构 2.3 FPGA的实现原理与典型结构 2.4 FPGA/CPLD产品概述 2.5 FPGA/CPLD器件的配置与编程,2.1 可编程逻辑器件概述,2.1.1 可编程逻辑器件的基本结构 2.1.2 可编程逻辑器件的发展历程 PLD诞生及简单PLD发展阶段 乘积项可编程结构PLD发展与成熟阶段 复杂可编程器件发展与成熟阶段,图 2 - 1 基本PLD的原理结构框图,2.1 可编程逻辑器件概述,2.1.3 可编程逻辑器件的分类 按规模大小分类 按结构特点分类 按编程方式分类 按编程工艺分类,图 2 - 2 可编程逻辑器件按规模分类,2.1 可编程逻辑器件概述,表 2 - 2 CPLD与FPGA的区别,2.1.4 CPLD与FPGA比较

3、,2.2 CPLD的实现原理与典型结构,2.2.1 CPLD的逻辑实现原理,图 2 - 3 乘积项结构示例电路,图 2 - 4 CPLD的实现方式,2.2 CPLD的实现原理与典型结构,2.2.2 典型CPLD器件简介MAX 3000A, MAX 3000A系列器件概览, MAX 3000A器件结构组成,图 2 - 5 MAX 3000A的整体结构,2.2 CPLD的实现原理与典型结构,图 2 - 6 MAX 3000A的宏单元结构, MAX3000A系列CPLD的特性, MAX 3000A系列器件的性能参数,2.3 FPGA的实现原理与典型结构,2.3.1 FPGA的逻辑实现原理,(a)实际逻辑电路 (b)LUT的实现方式 图 2 - 7 FPGA的逻辑实现原理,图 2 - 8 FPGA查找表内部结构,2.3 FPGA的实现原理与典型结构, Cyclone系列器件概览, Cyclone系列FPGA结构组成,图 2 - 9 Altera Cyclone系列 FPGA整体结构,图 2 - 10 Cyclone器件的LE结构,2.3.2 典型FPGA器件简介Cyclone,2.3 FPGA

4、的实现原理与典型结构, Cyclone系列FPGA的特性, Cyclone系列FPGA的性能参数,2.4 FPGA/CPLD产品概述,2.4.1 FPGA/CPLD产品主要厂商, Altera公司,图 2 - 11 Altera公司的主要产品, Xilinx公司, Lattice公司, Actel公司, Atmel公司,2.4 FPGA/CPLD产品概述, Altera公司成熟器件,表 2 - 8 Altera的成熟器件,2.4.2 Altera公司的可编程逻辑器件,2.4 FPGA/CPLD产品概述, Altera新型系列器件简介, Stratix系列高端FPGA, Arria系列中端FPGA, Cyclone系列低成本FPGA, MAX系列低成本CPLD, HardCopy系列ASIC, Altera配置器件简介, 标准型配置器件, 增强型配置器件,（3）串行配置器件, Altera可编程逻辑器件命名规则,2.4 FPGA/CPLD产品概述, Xilinx的主流FPGA器件, Xilinx的主流CPLD器件, Xilinx公司FPGA配置器件, Lattice的FPGA器件, La

5、ttice的CPLD和SPLD器件,Lattice的最新FPGA产品包括低成本、非易失和系统级三大类。,Lattice的ispLSI、ispMACH和GAL产品系列是其CPLD和SPLD器件的代表。,2.4.4 Lattice公司的可编程逻辑器件,2.4.3 Xilinx公司的可编程逻辑器件,2.4 FPGA/CPLD产品概述, 器件类型的选择, 器件系列的选择, 器件型号的选择, 外围器件的选择,2.4.5 FPGA/CPLD的开发应用选择,2.5 FPGA/CPLD器件的配置与编程, 将PLD焊在PCB板上 接好编程电缆 现场烧写PLD芯片 图 2 - 13 PLD编程操作过程示意图,2.5.1 配置与编程工艺,目前常见的大规模可编程逻辑器件的编程和配置工艺有三种： 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。 基于反熔丝编程单元。,2.5 FPGA/CPLD器件的配置与编程,(a) 并口下载方式,(b) USB口下载方式,图 2 - 14 并口/USB口下载电缆连接示意图,图 2 - 15 目标板上的 10针下载接口,表 2 - 24 10

6、针插座的在不同模式下对应的信号,2.5.2 下载电缆与接口,2.5 FPGA/CPLD器件的配置与编程, FPGA的PS模式配置,图 2 - 16 PS模式下对FPGA器件的配置, FPGA的JTAG模式配置,图 2 - 17 JTAG模式下对FPGA器件的配置,2.5.3 编程与配置模式,2.5 FPGA/CPLD器件的配置与编程, CPLD的ISP模式编程,图 2 - 18 JTAG模式下对CPLD器件的编程,2.5 FPGA/CPLD器件的配置与编程, 使用专用配置器件配置FPGA,图 2 - 19 EPCS器件对FPGA器件的配置电路, 利用微处理器配置FPGA,图 2 - 20 PS模式下微处理器对FPGA器件的配置电路,2.5.4 FPGA的配置方式,思考练习, 什么是基于乘积项的可编程逻辑结构?, 什么是基于查找表的可编程逻辑结构?, CPLD和FPGA有什么差异？在实际应用中各有什么特点？, 解释编程与配置这两个概念。, 目前比较知名的CPLD/FPGA厂商有Altera、Xilinx和Lattice， 请写出你对这几家公司及其PLD产品的了解。, 根据本章介绍的各厂商

7、FPGA/CPLD产品系列及你对新产品的了解， 请思考选用PLD器件时应考虑哪些方面的问题？,实训项目,1上网查阅资料，了解主流PLD厂商新型CPLD/FPGA器件的性能特点。,2试根据图 2 - 21 所示ByteBlaster MV变换电路原理图制作 如图 2 - 22 所示的ByteBlaster MV下载电缆。,图 2 - 21 Byte Blaster MV变换电路原理图,图 2 - 22 Byte Blaster MV 下载电缆,第3章 QUARTUS II应用基础,3.1 QUARTUS II软件概述 3.2 QUARTUS II设计流程 3.3 Quartus II设计实例,3.1 QUARTUS II软件概述,3.1.1 QUARTUS II软件简介,Quartus II是Altera公司提供的综合性PLD开发工具，可以完成从设计输入、 HDL综合、布线布局（适配）、仿真到硬件下载及测试的完整PLD设计流程，同 时也是单芯片可编程系统（SoPC）设计的综合性环境 。,图 3 - 1 Quartus II设计软件的主要功能,3.1 QUARTUS II软件概述,图 3

8、- 2 Quartus II编译器的主控界面,Quartus II包括模块化的编译器。图 3 - 2是Quartus II编译器的主控界面， 它显示了Quartus II进行自动化设计的主要处理环节，包括分析与综合（Analysis & Synthesis）、适配（Filter）、装配（Assembler）及、时序分析（Classic Timing Analyzer）。,3.1 QUARTUS II软件概述,3.1.2 QUARTUS II功能特点,2009年3月Altera公司发布了Quartus II 9.0，新增特性有以下几方面：, SignalTape II嵌入式逻辑分析器。, 增强的SoPC Builder工具。, 新的操作系统支持。, 增强第三方仿真接口。, 新的引脚顾问。, Real Intent验证支持。, 新的增强IP内核和宏功能。, 物理综合引擎增强。,3.1 QUARTUS II软件概述,3.1.3 QUARTUS II界面预览,图 3 - 3 Quartus II初始用户界面,3.1 QUARTUS II软件概述,3.1.4 QUARTUS II授权许可,图 3

9、 - 4 许可文件设置对话框,图 3 - 5 许可文件设置完成对话框,3.2 QUARTUS II设计流程,图 3 - 6 Quartus II设计 的基本流程, 设计输入,Quartus II支持多种设计输入方式，如原理图输入 、文本输入、波形输入等。, 设计编译, 设计仿真,根据设计要求事先设定编译参数，如器件类型、逻辑 综合方式的选择等，然后进行编译，包括分析综合、适 配、装配及时序分析，并产生相应的报告文件、延时信 息文件及编程文件等，供仿真分析和下载编程使用。,仿真用来验证设计项目的逻辑功能是否正确，包括功 能仿真、时序仿真和定时分析。, 引脚锁定,为了将设计结果下载到CPLD/FPGA芯片中进行测试验证，必须根据具体EDA 开发系统或实验板硬件的要求对设计项目的输入输出信号赋予特定的引脚，以便 能够对其进行实测。, 编程配置与测试验证,在成功编译工程并锁定引脚之后，就可以使用Quartus II的编程器（Progra mmer）对PLD器件进行编程或配置，然后在实验开发系统上测试验证其实际运行性能。,3.3 Quartus II设计实例,本节将以3人表决器电路为例，详细介绍基于原理图输入和文本输入的Quartus II 工程设计过程，主要包括建立工程文件、编辑设计文件、编译综合、仿真测试、 引脚锁定、编程下载和硬件测试等基本过程。,表 3- 1 三人表决电路真值表,3.3 Quartus II设计实例,3.3.1 建立工程文件, 指定工程文件名称, 选择添加的文件和库,图 3 - 8 新建工程对话框,图 3 - 7 新建工程菜单选项,图 3 - 9 添加文件或者库对话框,3.3 Quartus II设计实例,图 3 - 12 工程创建完成对话框, 选择第三方EDA工具, 选择目标器件,图 3 - 10 目标器件选择对话框,图 3 - 11 第三方EDA工具选择对话框,3.3 Quart

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