EDA技术与应用

第1章 EDA技术概述 1

1.1 EDA技术及发展 1

1.2 EDA设计流程 2

1.2.1 设计准备 2

1.2.2 设计输入 3

1.2.3 设计处理 3

1.2.4 设计校验 4

1.2.5 器件编程 4

1.2.6 器件测试和设计验证 5

1.3 硬件描述语言 5

1.3.1 VHDL 5

1.3.2 Verilog HDL 6

1.3.3 AHDL 6

1.4 可编程逻辑器件 6

1.5 常用EDA工具 7

1.5.1 设计输入编辑器 7

1.5.2 仿真器 8

1.5.3 HDL综合器 8

1.5.4 适配器（布局布线器） 8

1.5.5 下载器（编程器） 9

本章小结 9

思考题和习题 9

第2章 EDA工具软件的使用方法 10

2.1 Quartus II软件的主界面 10

2.2 Quartus II的图形编辑输入法 12

2.2.1 编辑输入图形设计文件 12

2.2.2 编译设计文件 16

2.2.3 仿真设计文件 18

2.2.4 编程下载设计文件 22

2.3 Quartus II宏功能模块的使用方法 28

2.3.1 设计原理 28

2.3.2 编辑输入顶层设计文件 28

2.3.3 仿真顶层设计文件 34

2.3.4 图形文件的转换 35

2.4 嵌入式逻辑分析仪的使用方法 37

2.4.1 打开SignalTap II编辑窗口 37

2.4.2 调入节点信号 38

2.4.3 参数设置 39

2.4.4 文件存盘 39

2.4.5 编译与下载 39

2.4.6 运行分析 39

2.5 嵌入式锁相环的设计方法 40

2.5.1 嵌入式锁相环的设计 40

2.5.2 嵌入式锁相环的仿真 43

2.5.3 使用嵌入式逻辑分析仪观察嵌入式锁相环的设计结果 43

2.6 设计优化 44

2.6.1 面积与速度的优化 44

2.6.2 时序约束与选项设置 45

2.6.3 Fitter设置 45

2.7 Quartus II的RTL阅读器 45

本章小结 46

思考题和习题 47

第3章 VHDL 48

3.1 VHDL设计实体的基本结构 48

3.1.1 库、程序包 49

3.1.2 实体 49

3.1.3 结构体 50

3.1.4 配置 50

3.1.5 基本逻辑器件的VHDL描述 51

3.2 VHDL语言要素 54

3.2.1 VHDL文字规则 54

3.2.2 VHDL数据对象 56

3.2.3 VHDL数据类型 57

3.2.4 VHDL的预定义数据类型 57

3.2.5 IEEE预定义的标准逻辑位和矢量 59

3.2.6 用户自定义数据类型方式 59

3.2.7 VHDL操作符 59

3.2.8 VHDL的属性 62

3.3 VHDL的顺序语句 63

3.3.1 赋值语句 64

3.3.2 流程控制语句 64

3.3.3 WAIT语句 70

3.3.4 ASSERT（断言）语句 71

3.3.5 NULL（空操作）语句 71

3.4 并行语句 71

3.4.1 PROCESS（进程）语句 72

3.4.2 块语句 73

3.4.3 并行信号赋值语句 74

3.4.4 子程序和并行过程调用语句 76

3.4.5 元件例化（COMPONENT）语句 78

3.4.6 生成语句 80

3.5 VHDL的库和程序包 82

3.5.1 VHDL库 82

3.5.2 VHDL程序包 83

3.6 VHDL设计流程 84

3.6.1 编辑VHDL源程序 84

3.6.2 设计8位计数显示译码电路顶层文件 86

3.6.3 编译顶层设计文件 87

3.6.4 仿真顶层设计文件 87

3.6.5 下载顶层设计文件 88

3.7 VHDL仿真 88

3.7.1 VHDL仿真支持语句 88

3.7.2 VHDL测试平台软件的设计 90

本章小结 94

思考题和习题 94

第4章 Verilog HDL 97

4.1 Verilog HDL设计模块的基本结构 97

4.1.1 模块端口定义 97

4.1.2 模块内容 98

4.2 Verilog HDL的词法 100

4.2.1 空白符和注释 100

4.2.2 常数 100

4.2.3 字符串 101

4.2.4 关键词 101

4.2.5 标识符 101

4.2.6 操作符 101

4.2.7 Verilog HDL数据对象 105

4.3 Verilog HDL的语句 107

4.3.1 赋值语句 107

4.3.2 条件语句 108

4.3.3 循环语句 111

4.3.4 结构声明语句 113

4.3.5 语句的顺序执行与并行执行 116

4.4 不同抽象级别的Verilog HDL模型 117

4.4.1 Verilog HDL的门级描述 118

4.4.2 Verilog HDL的行为级描述 118

4.4.3 用结构描述实现电路系统设计 120

4.5 Verilog HDL设计流程 122

4.5.1 编辑Verilog HDL源程序 122

4.5.2 设计BCD加法器电路顶层文件 124

4.5.3 编译顶层设计文件 125

4.5.4 仿真顶层设计文件 125

4.5.5 下载顶层设计文件 125

4.6 Verilog HDL仿真 125

4.6.1 Verilog HDL仿真支持语句 125

4.6.2 Verilog HDL测试平台软件的设计 128

本章小结 131

思考题和习题 132

第5章 常用EDA工具软件 134

5.1 ModelSim 134

5.1.1 ModelSim的图形用户交互方式 134

5.1.2 ModelSim的交互命令方式 138

5.1.3 ModelSim的批处理工作方式 140

5.1.4 ModelSim与Quartus II的接口 141

5.2 Quartus II 9.0软件的使用方法 142

5.2.1 Quartus II软件的安装 142

5.2.2 Quartus II软件的主界面 144

5.2.3 Quartus II的仿真方法 145

5.2.4 Quartus II宏功能模块的使用方法 149

5.2.5 在Quartus II 9.0中使用ModelSim仿真 151

5.3 基于Matlab/DSP Builder的DSP模块设计 156

5.3.1 设计原理 157

5.3.2 建立Matlab设计模型 157

5.3.3 Matlab模型仿真 162

5.3.4 Signal Compiler使用方法 164

5.3.5 使用ModelSim仿真 166

5.3.6 硬件实现与测试 167

5.3.7 DSP Builder的层次设计 169

5.4 Nios II嵌入式系统开发软件 169

5.4.1 Nios II的硬件开发 170

5.4.2 调整SDRAM地址 177

5.4.3 生成Nios II硬件系统 177

5.4.4 Nios II系统的调试 193

5.4.5 Nios II的常用组件与编程 198

5.4.6 SOPC的应用 206

5.5 Qsys系统集成软件 216

5.5.1 Qsys的硬件开发 216

5.5.2 Qsys系统的编译与下载 220

5.5.3 Qsys系统的调试 222

本章小结 224

思考题和习题 225

第6章 可编程逻辑器件 226

6.1 PLD的基本原理 226

6.1.1 PLD的分类 226

6.1.2 阵列型PLD 229

6.1.3 现场可编程门阵列FPGA 232

6.1.4 基于查找表（LUT）的结构 234

6.2 PLD的设计技术 236

6.2.1 PLD的设计方法 236

6.2.2 在系统可编程技术 237

6.2.3 边界扫描技术 240

6.3 PLD的编程与配置 240

6.3.1 CPLD的ISP方式编程 241

6.3.2 使用PC的并口配置FPGA 241

6.4 Altera公司的PLD系列产品简介 243

6.4.1 Altera高端Stratix FPGA系列 243

6.4.2 Altera中端FPGA的Arria系列 244

6.4.3 Altera低成本FPGA的Cyclone系列 245

6.4.4 Altera低成本CPLD的MAX系列 245

6.4.5 Altera硬件拷贝HardCopy ASIC系列 246

本章小结 246

思考题和习题 247

第7章 EDA技术的应用 248

7.1 组合逻辑电路设计应用 248

7.1.1 运算电路设计 248

7.1.2 编码器设计 249

7.1.3 译码器设计 251

7.1.4 数据选择器设计 253

7.1.5 数据比较器设计 254

7.1.6 ROM的设计 256

7.2 时序逻辑电路设计应用 258

7.2.1 触发器设计 258

7.2.2 锁存器设计 260

7.2.3 移位寄存器设计 261

7.2.4 计数器设计 263

7.2.5 随机读写存储器RAM的设计 265

7.3 基于EDA的数字系统设计 267

7.3.1 计时器的设计 267

7.3.2 万年历的设计 271

7.3.3 8位十进制频率计设计 275

本章小结 281

思考题和习题 282

附录A EDA6000实验开发系统 284

A.1 EDA600

《EDA技术与应用（第4版）》编著者江国强。
　　本书分为7章，包括EDA技术概述、EDA工具软件的使用方法、VHDL、 Verilog HDL、常用EDA工具软件、可编程逻辑器件和EDA技术的应用。另外 ，附录部分介绍了伟福EDA6000和友晶DE2等，EDA实验开发系统的使用方法 ，供具有不同实验设备的读者学习或参考。
　　EDA是当今世界上最先进的电子电路设计技术，它的重要作用逐步被我 国的产业界、科技界和教育界认可。本书可作为高等院校工科电子类、通 信信息类、自动化类专业“EDA技术”课程的教材，也可供相关专’业的技 术人员参考。

《EDA技术与应用（第4版）》编著者江国强。 EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，在20世纪90年代初从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT‘）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。EDA技术是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言（HDI．）完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线、仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可靠性，减轻了设计者的劳动强度。