具體描述
				
				
					
內容簡介
       《全國高職高專教育電子電氣類專業規劃教材:EDA技術與應用教程》以培養讀者實際工程應用能力為目的,深入淺齣地介紹瞭可編程邏輯器件、EDA工具軟件QuartusⅡ、硬件描述語言VHDI。等EDA技術與應用的相關知識並給齣瞭豐富的設計實例。
    全書內容分為六章,首先對EDA技術進行瞭概述,然後比較全麵地介紹瞭EDA技術的主要內容:EDA的硬件基礎FPGA/CPI。D的結構與工作原理、産品及配置編程;EDA的設計軟件QuartusⅡ集成開發環境;EDA的主流錶達方式硬件描述語言VHDL;接著通過實例用VHDL描述瞭基本數字單元電路;最後給齣瞭幾個基於EDA技術的綜閤性典型應用實例。各章配置瞭相應的習題和有較強針對性的實訓項目,使讀者通過學習與實’踐後能初步瞭解和掌握EDA的基本內容及實用技術。
    《全國高職高專教育電子電氣類專業規劃教材:EDA技術與應用教程》取材廣泛、內容新穎、注重應用、適用性強,可作為高職高專院校電子類、通信類、計算機類、自動化類等專業的教學用書,也可作為相關專業工程技術人員的參考用書。     目錄
   第1章 EDA技術概述
1.1 EDA技術及其發展
1.2 EDA技術的主要內容
1.3 EDA的設計流程
1.4 常用EDA工具
本章小結
思考練習
第2章 可編程邏輯器件
2.1 可編程邏輯器件概述
2.1.1 可編程邏輯器件的基本結構
2.1.2 可編程邏輯器件的發展曆程
2.1.3 可編程邏輯器件的分類
2.1.4 CPLD與FPGA比較
2.2 CPLD的實現原理與典型結構
2.2.1 CPLD的邏輯實現原理
2.2.2 典型CPLD器件簡介MAX3000A
2.3 FPGA的實現原理與典型結構
2.3.1 FPGA的邏輯實現原理
2.3.2 典型FPGA器件簡介--Cyclone
2.4 FPGA/CPLD産品概述
2.4.1 FPGA/CPLD産品主要廠商
2.4.2 Altera公司的可編程邏輯器件
2.4.3 Xilinx公司的可編程邏輯器件
2.4.4 Lattice公司的可編程邏輯器件
2.4.5 FPGA/CPLD的開發應用選擇
2.5 FPGA/CPLD器件的配置與編程
2.5.1 醌置與編程工藝
2.5.2 下載電纜與接口
2.5.3 編程與配置模式
2.5.4 FPGA的配置方式
本章小結
思考練習
實訓項目
第3章 QuartusⅡ應用基礎
3.1 QuartusⅡ軟件概述
3.1.1 QuartusⅡ軟件簡介
3.1.2 QuartusⅡ功能特點
3.1.3 QuartusⅡ界麵預覽
3.1.4 QuartusⅡ授權許可
3.2 QuartusⅡ設計流程
3.3 QuartusⅡ設計實例
3.3.1 建立工程文件
3.3.2 設計文件輸入
3.3.3 編譯工程文件
3.3.4 建立仿真測試的矢量波形文件
3.3.5 仿真並觀察RTL電路
3.3.6 分配引腳
3.3.7 編程下載與硬件測試
本章小結
思考練習
實訓項目
第4章 硬件描述語言VHDL
4.1 VHDL語言概述
4.1.1 VHDL簡介
4.1.2 VHDL優點
4.1.3 VHDL實例
4.2 VHDL程序結構
4.2.1 實體
4.2.2 結構體
4.2.3 庫
4.2.4 程序包
4.2.5 配置
4.3 VHDL語言要素
4.3.1 VHDL的文字規則
4.3.2 VHDL的數據對象
4.3.3 VHDL的數據類型
4.3.4 VHDL的操作符
4.3.5 VHDL的屬性
4.4 VHDL描述語句
4.4.1 順序描述語句
4.4.2 並行描述語句
4.5 VHDL描述風格
4.5.1 行為描述
4.5.2 數據流描述
4.5.3 結構描述
4.6 VHDL設計方法
4.6.1 電路模塊的劃分與工程
文件夾的建立
4.6.2 設計底層電路模塊
4.6.3 設計電路頂層文件
4.6.4 編譯仿真頂層設計文件
4.6.5 下載頂層設計文件
本章小結
思考練習
實訓項目
第5章 基本數字單元設計
5.1 組閤邏輯電路設計
5.1.1 運算電路設計
5.1.2 編碼器設計
5.1.3 譯碼器設計
5.1 _4數據選擇器設計
5.1.5 數據比較器設計
5.1.6 三態門及總綫緩神器設計
5.2 時序邏輯電路設計
5.2.1 觸發器設計
5.2.2 鎖存器設計
5.2.3 移位寄存器設計
5.2.4 計數器設計
5.3 狀態機設計
5.3.1 摩爾狀態機設計
5.3.2 米利狀態機設計
5.4 存儲器設計
5.4.1 隻讀存儲器設計
5.4.2 隨機存儲器設計
本章小結
思考練習
實訓項目
第6章 EDA技術綜閤應用
6.1 數字鍾的設計
6.1.1 設計要求
6.1.2 設計方案
6.1.3 模塊設計
6.1.4 仿真分析
6.2 數字頻率計的設計
6.2.1 設計要求
6.2.2 設計方案
6.2.3 模塊設計
6.2.4 仿真分析
6.3 函數信號發生器的設計
6.3.1 設計要求
6.3.2 設計方案
6.3.3 模塊設計
6.3.4 仿真分析
6.4 交通信號燈控製器的設計
6.4.1 設計要求
6.4.2 設計方案
6.4.3 模塊設計
6.4.4 仿真分析
6.5 數字電壓錶設計
6.5.1 設計要求
……
參考文獻    
				
				
				
					《電子設計自動化(EDA)原理與實踐》  內容概述:  本書是一本係統闡述電子設計自動化(EDA)核心原理、關鍵技術及實際應用的高等院校教材。它旨在為電子信息類專業,特彆是集成電路設計、嵌入式係統開發、數字信號處理等方嚮的本科生和研究生提供紮實的理論基礎和實踐指導。本書內容涵蓋瞭EDA技術的全生命周期,從邏輯設計、綜閤、仿真、布局布綫到物理驗證,力求讓讀者全麵掌握現代電子産品設計與製造的核心流程和工具。  第一部分:EDA技術基礎     第一章:電子設計自動化(EDA)導論        1.1 電子信息産業發展趨勢與EDA的角色: 詳細分析當前電子信息産業的飛速發展,如物聯網、人工智能、5G通信、雲計算等領域對高性能、低功耗、高集成度電子器件的巨大需求。闡述EDA技術作為實現這些需求的基石,如何支撐從概念到成品芯片設計的整個過程。        1.2 EDA技術發展曆程與演進: 迴顧EDA技術從早期的手工布綫、原理圖輸入到現代集成電路設計自動化工具的發展軌跡。重點介紹關鍵裏程碑事件,如邏輯綜閤、物理設計自動化、驗證技術的突破,以及FPGA、ASIC等不同設計領域的崛起對EDA提齣的挑戰與推動。        1.3 EDA工具鏈的組成與特點: 深入剖析一套完整的EDA工具鏈通常包含哪些核心模塊,如邏輯綜閤工具、仿真器、布局布綫器、物理驗證工具、時序分析工具、低功耗設計工具等。介紹不同廠商(如Cadence, Synopsys, Mentor Graphics)的主流EDA工具及其各自的優勢和應用領域。        1.4 EDA設計流程概述: 描繪一個典型的集成電路或FPGA設計流程圖,從係統需求分析、架構設計、RTL編碼、功能仿真、綜閤、靜態時序分析、形式驗證、布局布綫、物理驗證(DRC/LVS)、流片(ASIC)或下載(FPGA)等各個環節。為後續章節的學習奠定整體框架。        1.5 EDA在現代電子設計中的重要性: 強調EDA技術在提高設計效率、縮短産品上市周期、降低設計成本、提升設計質量和可靠性方麵不可替代的作用。通過具體案例說明,例如復雜SoC芯片的設計,若無EDA工具,其設計難度和周期將是難以想象的。     第二章:硬件描述語言(HDL)與設計方法學        2.1 HDL概述: 介紹硬件描述語言(HDL)作為一種抽象化、模塊化的語言,用於描述數字電路的結構和行為。解釋HDL與傳統程序設計語言(如C/C++)的區彆,強調其並行性、時序性以及與硬件電路的直接映射關係。        2.2 Verilog HDL基礎: 係統講解Verilog HDL的語法和特性。包括:            模塊(module)、端口(port)、信號(wire, reg)的定義與使用。            賦值語句: 阻塞賦值 (`=`) 和非阻塞賦值 (`<=`) 的區彆及其在不同結構(過程塊、連續賦值)中的應用場景。            基本邏輯門電路描述: 使用assign語句和always塊描述組閤邏輯電路。            順序邏輯電路描述: 使用always塊(always @(posedge clk or negedge reset))描述時序邏輯,包括觸發器、寄存器、計數器等。            行為描述: 使用`if-else`、`case`、`forever`等語句描述復雜的電路行為。            實例化: 如何在高級模塊中例化低級模塊,構建層次化設計。            參數化設計: 使用`parameter`定義可配置的常量,提高設計的靈活性。        2.3 VHDL基礎: (若教材內容包含VHDL,則詳細介紹)            實體(entity)、架構(architecture)、端口(port)、信號(signal)的概念。            並發語句與順序語句。            數據類型(std_logic, boolean, integer等)的定義與使用。            進程(process)與敏感列錶(sensitivity list)。            屬性(attribute)與泛型(generic)。            VHDL在不同設計風格(行為級、寄存器傳輸級)下的應用。        2.4 HDL設計風格與技巧:            組閤邏輯設計風格: 優先使用`assign`語句描述組閤邏輯,避免在`always`塊中使用阻塞賦值來描述純組閤邏輯(除非有特殊考慮)。            時序邏輯設計風格: 嚴格遵循同步時鍾設計原則,使用非阻塞賦值來描述寄存器更新,確保狀態的正確轉移。            可綜閤性原則: 強調編寫能夠被邏輯綜閤工具正確翻譯成硬件網錶(netlist)的代碼。列舉不可綜閤的Verilog/VHDL語句(如延時語句 ``、`wait`語句、文件I/O、循環次數不確定的`for`循環等),並給齣替代方案。            模塊化設計與層次化結構: 強調將復雜係統分解為邏輯上獨立、功能清晰的子模塊,並通過實例化進行組裝,提高代碼的可讀性、可維護性和復用性。            代碼規範與文檔: 推廣良好的代碼書寫習慣,如清晰的命名規則、適當的注釋,以及為模塊編寫設計文檔的重要性。  第二部分:EDA設計流程與關鍵技術     第三章:邏輯綜閤(Logic Synthesis)        3.1 邏輯綜閤概述: 解釋邏輯綜閤是將HDL代碼轉換為門級網錶(gate-level netlist)的過程。詳細闡述其目標:在滿足邏輯功能約束的前提下,優化電路的麵積(area)、速度(speed)和功耗(power)。        3.2 綜閤過程與基本原理:            抽象與優化: 綜閤工具如何解析HDL代碼,構建邏輯等價的抽象模型(如Boolean expression),並進行邏輯優化(如消除冗餘邏輯、閤並邏輯)。            技術映射(Technology Mapping): 將抽象邏輯映射到目標工藝庫(technology library)中提供的基本邏輯門(如AND, OR, NOT, Flip-flops)的過程。介紹標準單元(standard cell)庫的概念。            邏輯綜閤的約束(Constraints): 詳細說明輸入給綜閤工具的關鍵約束,如時鍾頻率(clock period)、輸入輸齣端口的時序要求(input/output delays)、最大扇齣(maximum fanout)等。強調約束的重要性,它們是指導綜閤工具進行優化的依據。        3.3 綜閤工具的使用與實踐:            主流綜閤工具介紹: 以Synopsys Design Compiler或Cadence Genus為例,介紹其基本操作流程。            讀入設計與約束: 如何加載HDL源文件和約束文件。            執行綜閤命令: 介紹常見的綜閤命令,如`compile`、`compile_ultra`等,以及如何通過設置綜閤策略(optimization strategy)來平衡麵積、速度和功耗。            查看綜閤結果: 如何分析綜閤後的門級網錶,查看設計報告,評估設計指標(麵積、關鍵路徑延遲等)。            設計收斂(Design Convergence): 討論在綜閤過程中可能遇到的問題,如時序不滿足、邏輯過大等,以及如何通過修改HDL代碼、調整約束或綜閤選項來解決。        3.4 綜閤中的高級主題:            時序驅動綜閤(Timing-Driven Synthesis): 介紹綜閤工具如何利用時序信息進行優化,優先改善關鍵路徑。            功耗感知綜閤(Power-Aware Synthesis): 講解如何通過門控時鍾(clock gating)、電源門控(power gating)等技術在綜閤階段實現低功耗設計。            麵積優化技術: 討論冗餘邏輯消除、邏輯共享等技術。     第四章:仿真(Simulation)        4.1 仿真概述與分類: 解釋仿真作為驗證設計正確性的核心手段,在EDA流程中的地位。介紹兩種主要的仿真類型:            行為級仿真(Behavioral Simulation): 基於HDL的行為級描述進行仿真,速度快,用於早期功能驗證和算法調試。            門級仿真(Gate-Level Simulation): 基於綜閤後的門級網錶進行仿真,能夠考慮門延遲和綫延遲,更接近實際硬件錶現,用於驗證邏輯功能的準確性和時序。        4.2 仿真器工作原理: 簡述仿真器如何讀取設計網錶和激勵波形,按照仿真時間步進,模擬電路的邏輯和時序行為,並生成波形文件。        4.3 測試平颱(Testbench)設計:            測試平颱的概念與作用: 解釋測試平颱是一個用於驅動被測設計(DUT, Design Under Test)並監控其輸齣的HDL模塊。            激勵信號生成: 介紹如何編寫Verilog/VHDL代碼來生成時鍾、復位信號、輸入數據等激勵,以及如何覆蓋各種測試場景。            輸齣信號檢查: 講解如何使用`assert`語句、比較器或其他邏輯來檢查被測設計的輸齣是否符閤預期。            覆蓋率(Coverage): 引入代碼覆蓋率(statement, branch, toggle coverage)和功能覆蓋率的概念,強調全麵測試的重要性。        4.4 仿真工具的使用與實踐:            主流仿真器介紹: 以ModelSim/Questa Sim, VCS, Xcelium為例,介紹其基本操作。            編譯與加載: 如何編譯HDL源文件和測試平颱,並加載到仿真器中。            運行仿真: 設置仿真時間,運行仿真命令。            波形觀察: 使用波形窗口查看信號變化,分析仿真結果。            調試技巧: 介紹斷點、單步執行、變量查看等調試方法。        4.5 形式驗證(Formal Verification)簡介:            形式驗證的概念: 引入形式驗證作為一種無需生成大量激勵就能數學上證明設計正確性的方法。            模型檢測(Model Checking)與定理證明(Theorem Proving): 簡述其基本原理。            形式等價性檢查(Formal Equivalence Checking, FEC): 強調它在綜閤前後網錶一緻性驗證中的作用。            屬性檢查(Property Checking): 介紹如何使用硬件驗證語言(HVL)如PSL或SVA來描述設計屬性,並由工具進行驗證。     第五章:布局布綫(Place and Route)        5.1 布局布綫概述: 解釋布局布綫是根據門級網錶和物理庫信息,在芯片版圖上確定每個標準單元的位置(Placement)和單元之間互連綫(Routing)的過程。它是連接邏輯設計與物理實現的關鍵步驟。        5.2 布局(Placement)過程:            初始布局: 將標準單元初步放置在矽片上的過程。            全局布局: 優化單元位置,以最小化總綫長度,減少擁塞。            詳細布局(Fine-tuning Placement): 進一步調整單元位置,為布綫做準備。            布局的優化目標: 麵積、布綫長度、功耗、互連綫延遲等。        5.3 布綫(Routing)過程:            全局布綫(Global Routing): 規劃信號綫通過的宏單元格(routing channels)的路徑。            詳細布綫(Detailed Routing): 在具體的布綫層上,將單元引腳連接起來,完成金屬走綫的繪製。            布綫層的概念: 介紹多層金屬布綫技術。            布綫的優化目標: 確保所有連接完成,最小化布綫長度,滿足時序要求,避免擁塞。        5.4 布局布綫工具的使用與實踐:            主流工具介紹: 以Cadence Innovus或Synopsys IC Compiler II為例。            輸入設計與約束: 加載門級網錶、標準單元庫、布綫層信息、時鍾樹(Clock Tree Synthesis, CTS)約束等。            執行布局布綫流程: 介紹其自動化流程,包括布局、時鍾樹綜閤、布綫、優化等階段。            結果分析: 如何查看布綫後的版圖,評估布綫質量,檢查未布綫(unrouted)的網絡。        5.5 時鍾樹綜閤(Clock Tree Synthesis, CTS):            時鍾樹的重要性: 講解時鍾信號的低抖動(low jitter)和低偏斜(low skew)對同步電路穩定運行至關重要。            時鍾樹的構建: 介紹如何構建一個平衡的、低偏斜的時鍾樹網絡,以將時鍾信號均勻、快速地分配到所有觸發器。            CTS約束: 時鍾源、最大允許偏斜、時鍾頻率等。        5.6 功耗優化與低功耗布局布綫: 介紹如何通過電源門控、動態電壓頻率調整(DVFS)等技術在物理設計階段實現功耗優化。     第六章:物理驗證(Physical Verification)        6.1 物理驗證概述: 解釋物理驗證是檢查設計版圖是否符閤流片(tape-out)所需的製造規則(Design Rule Checking, DRC)以及邏輯功能是否與網錶一緻(Layout Versus Schematic, LVS)的過程。它是流片前的最後一道關卡。        6.2 設計規則檢查(DRC):            DRC的重要性: 確保芯片製造過程中不會因為幾何圖形的違規而導緻器件失效。            常見的DRC規則: 綫寬(wire width)、綫間距(wire spacing)、通孔尺寸(via size)、金屬層覆蓋(metal coverage)等。            DRC工具的使用: 介紹Calibre, PVS等DRC工具的基本操作。        6.3 版圖與原理圖比較(LVS):            LVS的重要性: 確保物理版圖所代錶的電路與設計者最初的邏輯網錶是完全一緻的,防止在物理實現過程中引入邏輯錯誤。            LVS的過程: 從版圖中提取電路網錶,並與輸入的設計網錶進行比較。            LVS工具的使用: 介紹LVS工具如何進行網錶提取和比較。        6.4 寄生參數提取(Parasitic Extraction):            寄生參數的概念: 解釋在版圖的金屬綫和器件之間存在著寄生電阻(R)和寄生電容(C),這些參數會影響電路的時序和功耗。            提取過程: 介紹提取工具(如Calibre PEX, StarRC)如何根據版圖幾何信息計算寄生參數。            寄生參數對時序和功耗的影響: 解釋提取到的寄生參數如何用於後續的時序分析和功耗分析。        6.5 靜態時序分析(Static Timing Analysis, STA):            STA概述: 介紹STA是一種無需仿真激勵,通過分析所有可能的時序路徑來檢查設計是否滿足時序要求的方法。            關鍵路徑分析(Critical Path Analysis): 講解STA如何找齣對時序影響最大的路徑。            STA約束: 時鍾定義、輸入輸齣端口時序、時鍾組(clock groups)、多時鍾域(multi-clock domain)等。            STA報告分析: 如何解讀STA報告中的時序違例(timing violations),如建立時間(setup time)和保持時間(hold time)違例。            STA工具的使用: 介紹PrimeTime, Tempus等STA工具。            STA在不同設計階段的應用: 綜閤後STA,布局布綫後STA,簽核(sign-off)STA。        6.6 功耗分析(Power Analysis): 介紹如何利用寄生參數和門級網錶對設計進行靜態或動態功耗分析。  第三部分:EDA應用與進階     第七章:FPGA設計與EDA工具        7.1 FPGA概述: 介紹FPGA(Field Programmable Gate Array)的結構、工作原理、邏輯單元(LUT, Flip-flop)、布綫資源、IO模塊等。對比FPGA與ASIC的優勢和劣勢。        7.2 FPGA設計流程: 講解基於FPGA的RTL設計、仿真、綜閤、實現(布局布綫)、下載、調試的全過程。        7.3 主流FPGA開發套件介紹: 以Xilinx Vivado或Intel Quartus Prime為例,介紹其開發環境、主要功能模塊(IP核生成、時序分析、功耗分析等)。        7.4 FPGA設計中的約束: 詳細講解UCF/XDC文件的重要性,包括時鍾約束(clock constraints)、引腳分配(pin assignment)、時序約束(timing constraints)等。        7.5 FPGA實現(Implemention): 介紹FPGA綜閤工具如何將邏輯網錶映射到FPGA的物理資源(LUTs, Flip-flops, Block RAMs, DSP slices等),並進行布綫。        7.6 FPGA設計實踐: 通過一個或多個實際的FPGA設計案例(如簡單的狀態機、FIFO、UART控製器等)來演示完整的FPGA開發流程。     第八章:集成電路(ASIC)設計中的EDA應用        8.1 ASIC設計流程迴顧: 結閤前麵章節的知識,再次梳理ASIC從前端設計(RTL設計、仿真、綜閤)到後端設計(布局布綫、物理驗證)到流片(tape-out)的完整流程。        8.2 ASIS設計中的關鍵挑戰: 介紹ASIC設計麵臨的復雜性,如大規模集成、高頻率、低功耗、信號完整性(Signal Integrity, SI)、電源完整性(Power Integrity, PI)等問題。        8.3 ASIC簽核(Sign-off)流程: 詳細說明在流片前需要完成的各種簽核驗證,包括時序簽核(timing sign-off)、功耗簽核(power sign-off)、物理驗證簽核(physical verification sign-off)等。        8.4 ASIC設計中的IP核(Intellectual Property Core)使用: 介紹IP核的概念,如ARM處理器核、USB控製器IP等,以及如何在ASIC設計中集成和驗證IP核。        8.5 流片(Tape-out)與製造: 簡述ASIC設計完成後,如何生成GDSII文件,並提交給晶圓代工廠(Foundry)進行製造的過程。     第九章:EDA高級應用與發展趨勢        9.1 低功耗EDA技術: 深入探討各種低功耗設計技術,如門控時鍾(clock gating)、多電壓域(multi-voltage domains)、動態電壓頻率調整(DVFS)、電源門控(power gating)、穿透式漏電(subthreshold leakage)控製等,以及EDA工具如何支持這些技術。        9.2 高性能設計技術: 介紹如何通過數據路徑優化、流水綫(pipelining)、並行處理、優化布綫等技術來提升設計性能。        9.3 信號完整性與電源完整性分析: 講解串擾(crosstalk)、反射(reflection)、電壓降(IR drop)、電源噪聲(power supply noise)等問題,以及EDA工具如何進行分析和修復。        9.4 混閤信號集成電路設計: 介紹模擬/射頻(RF)電路與數字電路混閤設計的EDA挑戰,以及相關工具(如Spectre, ADS)的應用。        9.5 基於機器學習的EDA: 探討人工智能和機器學習在EDA領域的應用前景,如自動優化、智能設計輔助、加速仿真與驗證等。        9.6 開放EDA工具與生態係統: 介紹一些開源EDA工具(如Yosys, Verilator, Magic P&R)的發展,以及它們在學術研究和小型項目中的作用。        9.7 未來EDA發展方嚮: 展望EDA技術在人工智能、物聯網、高性能計算、汽車電子等新興領域的應用趨勢。  附錄:     EDA術語錶    常用EDA工具命令參考    典型Verilog/VHDL設計實例  本書力求理論與實踐相結閤,通過豐富的實例和詳細的步驟講解,幫助讀者掌握EDA技術的精髓,為從事現代電子係統設計和集成電路開發奠定堅實的基礎。