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EDA原理及应用
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课程详情
课程评价
spContent=作为全球两大FPGA厂商美国Xilinx公司（已被AMD公司收购）和Altera公司（已被Intel公司收购），其产品占据近90%的全球市场范围。课程内容将首次涵盖这两个厂商的硬件和软件平台，包括Xilinx公司的Artix 7系列FPGA和Vivado集成开发环境，Intel公司的MAX 10系列FPGA和Quartus Prime集成开发环境。 课程详细介绍了数字逻辑基础、可编程逻辑器件架构、Vivado和Quartus集成开发环境、Verilog HDL语言规范、VHDL语言规范、数字逻辑单元的Verilog HDL描述（数字逻辑单元的VHDL描述）、复杂数字系统的设计实现、FPGA调试原理和方法等知识。
—— 课程团队
课程概述

     该课程是电子信息类专业的专业基础课程，是一门使用“硬件”思维的课程，具有很强的理论性和实践性。该课程以数字逻辑基本理论和基本电路为基础，以美国Xilinx公司和美国Intel公司的软件和硬件为载体，系统讲授了基于现场可编程门阵列（field programmable gate array，FPGA）的复杂数字系统设计理论和设计方法。     

       随着大数据、人工智能、云计算和物联网技术的发展，人类需要处理的数据量不断增加，传统基于CPU、GPU的处理方法远远不能满足处理海量数据的要求，因此人们将目光越来越多的转向了基于FPGA的硬件处理。FPGA本身具有配置灵活、高度并行处理和整体功耗低的特点，因此称为未来解决大数据处理的重要硬件平台。

      系统学习复杂数字系统设计理论和设计方法，将帮助你学习后续的单片机和嵌入式系统的课程，将极大地降低这些课程地学习难度，帮助你建立“软件”和“硬件”之间的有机联系。

      很多学生在学习FPGA的时候反映比较”吃力“，其实并不是FPGA本身难学，而是你在学习先导课程数字电路/数字逻辑的时候，没有理解数字世界的本质特点，因此在本课程开始部分，重新系统讲解了相关知识，使得你真正理解数字世界的本质。当你理解这些本质时，你会发现学习FPGA真的没有你想象的那么吃力。

      这门课程得到Xilinx大学计划和Intel大学计划的支持和帮助，它们提供了很多教学素材、软件的授权和硬件的支持，使得这门课程的内容可以比较全面的反映出目前基于FPGA复杂数字系统的最新发展潮流。

      

授课目标

  通过该课程内容的学习，学生不但掌握在Vivado和Quartus集成开发环境下通过使用Verilog HDL（VHDL）在Xilinx和Intel FPGA内构建复杂数字系统的能力，并且进一步加深对先修课程数字逻辑/数字电子技术知识点的理解。

  此外，该课程将为学生后续在FPGA上实现数字信号处理、异构计算、人工智能、云计算、物联网等新信息技术打下坚实的基础。

课程大纲
预备知识

     学习该课程可先修《数字电路》或《数字逻辑》课程，需要掌握的知识点包括：

     1）开关系统

     2）半导体数字集成电路

     3）基本逻辑门电路分析

     4）逻辑代数理论

     5）逻辑表达式化简

     6）数字码制表示和转换

     7）组合逻辑电路

     8）时序逻辑电路

 

证书要求

为积极响应国家低碳环保政策， 2021年秋季学期开始，中国大学MOOC平台将取消纸质版的认证证书，仅提供电子版的认证证书服务，证书申请方式和流程不变。

 

电子版认证证书支持查询验证，可通过扫描证书上的二维码进行有效性查询，或者访问 https://www.icourse163.org/verify，通过证书编号进行查询。学生可在“个人中心-证书-查看证书”页面自行下载、打印电子版认证证书。

 

完成课程教学内容学习和考核，成绩达到课程考核标准的学生（每门课程的考核标准不同，详见课程内的评分标准），具备申请认证证书资格，可在证书申请开放期间（以申请页面显示的时间为准），完成在线付费申请。

 

认证证书申请注意事项：

1. 根据国家相关法律法规要求，认证证书申请时要求进行实名认证，请保证所提交的实名认证信息真实完整有效。

2. 完成实名认证并支付后，系统将自动生成并发送电子版认证证书。电子版认证证书生成后不支持退费。


参考资料

[1] 何宾。Intel Quartus Prime数字系统设计权威指南：从数字逻辑、Verilog HDL到复杂数字系统的实现。北京：电子工业出版社。2020.07（课程教材）

[1] 何宾。EDA原理及Verilog HDL实现（第一版）。北京：清华大学出版社。2017.1。（课程教材）

[2] 何宾。Xiinx Vivado数字设计权威指南。北京：电子工业出版社。2019.06（参考书）

 [3] 何宾。EDA原理及VHDL实现（第一版）。北京：清华大学出版社。2016.12。（课程教材）

常见问题

    1。该课程的学习难点是什么？

    主要集中在对传统数字电路的理解和认识，因为对于这些知识的理解，会直接影响到学生对verilog HDL和FPGA内部结构的理解和认识。因此，在课程中在对传统数字电路知识讲解时，引入了Multisim的spice仿真工具，通过虚实结合的方式，使得学生能真正理解数字电路中的关键知识点。

    2。Veilog HDL和VHDL的理解难点？

     对于Verilog HDL和VHDL的理解，绝不能以学习C语言的思维来理解它，这是因为Verilog HDL和VHDL是对数字系统中组合逻辑和时序逻辑的高层次抽象描述，需要从硬件的角度理解它。

    3。如何在短时间内掌握该课程的内容？

     需要通过在实际的FPGA芯片上通过Verilog HDL/VHDL构建数字系统来理解和掌握课程内容，因此课程中设置了一些实验内容帮助学生的学习。

     4。学完这门课程后有什么用？

      一方面，可以帮助学生学习后续的计算机硬件课程，包括计算机组成原理、微机原理及接口技术、单片机原理及应用等。

     另一方面，FPGA在人工智能（AI）、大数据、云计算，以及物联网中都有重要的应用。全球知名的亚马逊、阿里、华为等所构建的云计算平台都会使用FPGA作为加速处理数据的手段。

     5。FPGA内部结构有时听上去比较抽象？

      在课程中，通过使用Vivado和Quartus集成开发工具再现FPGA内部的结构细节，直观的给出FPGA内部结构与Verilog HDL(VHDL)，以及组合逻辑和时序逻辑之间的关系。

     6。课程如何反映最新的FPGA设计技术？

     课程会根据FPGA技术的发展，不断更新课程内容，课程将全球最新的FPGA设计技术带给国内广大的学习者，保持与全球的同步。课程内容的任何更新，都会第一时间内通过公告的形式发布。

     7。课程内容如何满足不同使用者的需求？

     为了满足使用Xilinx FPGA平台和Intel FPGA平台的高校教师和学生的不同需求，课程在国内首次覆盖了Xilinx的FPGA硬件和软件以及Intel FPGA硬件和软件，这样能基本满足90%的国内学习者的需求。