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EDA技术与Verilog
第11次开课
开课时间: 2025年02月22日 ~ 2025年06月20日
学时安排: 3-5小时每周
进行至第7周,共17周 已有 389 人参加
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spContent=EDA即电子设计自动化,EDA技术是电子信息类专业的学科基础课,主要学习采用电子设计自动化技术进行数字系统设计的基本方法、器件基础(FPGA、ASIC)、工具应用、设计优化以及验证方法,是学习后续电子信息类专业课程和从事电子类产品设计的必备基础。EDA技术还在不断发展中,课程内容也随之更新。
EDA即电子设计自动化,EDA技术是电子信息类专业的学科基础课,主要学习采用电子设计自动化技术进行数字系统设计的基本方法、器件基础(FPGA、ASIC)、工具应用、设计优化以及验证方法,是学习后续电子信息类专业课程和从事电子类产品设计的必备基础。EDA技术还在不断发展中,课程内容也随之更新。
—— 课程团队
课程概述

EDA技术课程是电子信息类专业的学科基础专业课程。

主要学习采用电子设计自动化技术进行数字系统设计的基本方法、器件基础、工具应用、设计优化以及验证方法,是学习专业课程和从事电子类产品设计的必备基础。EDA技术还在不断更新发展中,EDA技术课程内容也需要不断更新发展。同时该课程是一门注重实践性的课程,既有概念理论又有编程实践。

 

通过传授EDA技术的原理、工具、器件、HDL、优化以及仿真技术等的理论知识,并开展相关课程实验,培养学生对数字系统设计能力和创新能力,达到本课程的课程目标:

课程目标(1):理解EDA技术的基本概念,理解基于Verilog HDL/VHDL的数字系统设计基本方法及流程。了解现代数字系统设计技术与验证技术,能描述和分析现代数字系统。具备独立设计实现较复杂数字电路与系统的能力,开发创造性思维和创新能力。

课程目标(2):掌握以 Quratus为代表的EDA工具及配套FPGA硬件开发系统的使用,能树立正确的设计思想,掌握基本实验技能,培养基本设计能力。培养学生根据设计指标,确定电路和系统的设计方案的能力,并能分析其性能,分析其局限性。

 学习本课程后,能掌握Quartus、ModelSim、Vivado等软件的使用,能进行复杂数字系统设计,可以进一步学习集成电路相关课程,入门SoC设计技术,也可以进一步了解计算机组成原理与体系结构,为CPU设计奠定基础。

授课目标

EDA技术(电子设计自动化技术)作为电子信息类专业的学科基础课,通过传授EDA技术的原理、工具、器件、HDL、优化以及仿真技术等的理论知识,并开展相关课程实验,培养学生对数字系统设计能力和创新能力,培养复合应用型信息技术领域创新人才。其课程目标主要分三个维度:

 1.知识

l 在理解EDA技术一般概念的基础上,能掌握基于Verilog HDL语言的数字系统EDA设计基本方法与流程。

l 掌握描述和分析现代数字系统的方法,树立正确的设计思想,了解现代复杂数字系统设计技术与验证技术。

 2.能力

l 能掌握EDA工具及配套FPGA硬件开发系统的使用,能掌握基本实验技能,培养学生根据设计指标,确定电路和系统的设计方案的能力。

l 培养学生具备独立设计实现较复杂数字电路与系统的能力,具备创造性思维和创新能力。

 3素质


l  了解EDA技术在国内外的发展状况,拓展国际化视野,了解EDA技术对IC行业的影响,解EDA技术的先进性与稀缺性,激发学生对EDA技术的学习热情,培养学生的家国情怀。

课程大纲
EDA技术概述
课时目标:掌握EDA的技术背景、发展情况、应用领域和研究现状;理解基于EDA的FPGA和CPLD以及常用EDA工具软件的发展和应用情况、常用的硬件描述语言的应用与发展情况;理解基于EDA软件的FPGA/CPLD开发流程和ASIC设计流程;了解本课程的特点与学习方法。
1-1 什么是EDA
1-2 HDL简介
1-3 设计层次与综合
1-4 FPGA设计流程
1-5 常用EDA工具
1-6 IP
1-7 EDA发展趋势
FPGA与CPLD的结构原理
课时目标:理解几类常用的大规模可编程逻辑器件的结构和工作原理。能够对CPLD的乘积项原理和FPGA的查找表原理进行剖析。了解相关的编程下载和测试技术
2-1 可编程逻辑器件概述
2-2 简单PLD结构原理
2-3 CPLD的结构原理
2-4 FPGA的结构原理
2-5 硬件测试
2-6 CPLD/FPGA的编程与配置
组合电路的Verilog设计
课时目标:理解简单组合电路设计方法,掌握Verilog HDL语言的基础知识,包括用HDL语言对数字电路硬件进行描述的概念,Verilog HDL 的基本语法与常用语句,能够用Verilog HDL语言对一般组合电路进行描述与设计,包括组合电路描述的一般方法,通过参数化、循环、任务与函数等语句结构描述复杂组合电路的方法,三态门与双向端口的描述方法。
3-1 半加器电路的Verilog描述
3-2 多路选择器的Verilog描述
3-3 Verilog加法器设计
3-4 组合逻辑乘法器设计
3-5 RTL概念
时序电路的Verilog设计
课时目标:能够运用Verilog HDL语言对基本时序电路的描述,包括触发器与锁存器的描述方法,不同复位与使能方式的实现,计数器、移位寄存器等基本时序电路的描述。掌握各种计数器类型的Verilog设计与详细分析。
4-1 DFF的Verilog表述
4-2 D-Latch的Verilog表述
4-3 同步与异步
4-4 二进制计数器的Verilog表述
4-5 移位寄存器的Verilog表述与设计
4-6 可预置型计数器设计
EDA工具应用
课时目标:能够运用Quartus软件工具,掌握参数可设置模块库(LPM)的应用,包括一些常用模块的功能、参数含义、使用方法、硬件描述语言模块参数设置及调用方法。掌握LPM宏功能模块的使用方法,理解相关的Verilog语言现象、语句结构及其用法。。
5-1 Verilog程序输入和编译
5-2 仿真测试
5-3 引脚锁定与硬件测试
5-4 时序电路硬件设计与仿真示例
5-5 SignalTapII的使用方法
5-6 属性表述与编译控制
5-7 计数器LPM模块调用
5-8 LPMRAM的设置和调用
5-9 LPM_ROM的定制和使用
5-10 在系统存储器数据读写编辑器应用
5-11 FPGA中嵌入式PLL
5-12 In-SystemSourcesandProbesEditor使用方法
实验1:模可控计数器设计
课时目标:能够使用Verilog HDL设计一个模可控计数器,使用Quartus 进行综合适配,用ModelSim进行功能仿真
实验1:模可控计数器设计(1)
实验1:模可控计数器设计(2)
实验1:模可控计数器设计(3)
Verilog设计深入
课时目标:能够解释更多的Verilog的语法现象,以及设计中的难点,包括阻塞与非阻塞两类过程赋值语句的特点、区别与用法。理解RTL级描述设计的概念与方法,包括Verilog HDL描述的层次与风格,寄存器传输操作的概念,通过数据通路与控制通路划分进行RTL级描述设计的思想与方法。。
6-1 阻塞赋值与非阻塞赋值
6-2 不完整条件语句与时序电路的关系
6-3 If与case
6-4 三态的Verilog描述
6-5 双向端口设计
6-6 库元件和UDP用法
实验2:正弦波信号发生器
课时目标:能够使用ROM模块设计一个正弦波信号发生器,能够使用SignalTap II嵌入式逻辑分析仪进行硬件调试
实验2:正弦波信号发生器(1)
实验2:正弦波信号发生器(2)
实验2:正弦波信号发生器(3)
Verilog仿真与TestBench
课时目标:能够了解Verilog 行为仿真流程和工具,掌握Verilog 行为仿真系统函数和语句,理解Verilog 行为仿真测试平台( TestBench)的设计实现与验证。并能够掌握基于ModelSim的Verilog 行为仿真的实现过程。
7-1 VerilogHDL仿真流程
7-2 VerilogHDLTestBench仿真
7-3 HDL仿真实例
7-4 Verilog系统任务和系统函数
7-5 延时模型
7-6 仿真激励与Verilog数字系统仿真
实验3:VGA显示控制电路设计
课时目标:能够使用Verilog HDL描述电路,实现VGA的彩条显示与彩格显示控制
实验3:VGA显示控制电路设计(1)
实验3:VGA显示控制电路设计(2)
实验3:VGA显示控制电路设计(3)
有限状态机设计技术
课时目标:能够解释Verilog设计不同类型有限状态机的方法,包括Verilog状态机的一般形式,Moore型状态机设计,Mealy型状态机设计,理解EDA工具和设计实现中如优化、毛刺的处理及不同编码方式的设计。
8-1 Verilog状态机的一般形式
8-2 Moore型状态机及其设计
8-3 ADC采样控制状态机设计
8-4 序列检测状态机设计
8-5 Mealy型状态机设计
8-6 状态机编码
8-7 安全状态机设计
实验4:序列检测器设计
课时目标:能够使用Verilog HDL设计一个简单的基于状态机的串行序列检测器
实验4:序列检测器设计(1)
实验4:序列检测器设计(2)
实验4:序列检测器设计(3)
系统设计优化
课时目标:能够解释EDA技术在实际应用时的优化技术,包括资源共享、逻辑优化、串行化三种资源优化方法,流水线设计、寄存器配平、关键路径等速度优化方法,理解时序分析的基本概念,能够使用 与优化配合的时序分析工具软件。
9-1 资源共享
9-2 逻辑优化
9-3 串行化
9-4 流水线设计
9-5 乒乓操作法、
9-6 寄存器配平法
9-7 关键路径法
9-8 静态时序分析基本概念
9-9 静态时序分析与设计约束
实验5:乐曲硬件演奏电路设计
课时目标:能够使用Verilog HDL设计一个乐曲硬件演奏电路
实验5:乐曲硬件演奏电路设计(1)
实验5:乐曲硬件演奏电路设计(2)
实验5:乐曲硬件演奏电路设计(3)
实验6:综合设计实验(阿里云FPGA云)
课时目标:结合课程内容,使用阿里FPGA云进行一次综合性设计,题目内容自定(基于FPGA的图像处理与智能识别、基于FPGA的AI应用)此内容为可选内容
实验6:阿里云Intel FPGA平台实验
实验6: 阿里云Xilinx FPGA平台实验
数字系统设计与C综合
课时目标:掌握使用Verilog语音和EDA软件工具进行较为复杂数字系统设计的方法,包括16位实用CPU创新设计、MCU与FPGA片上系统的开发技术,以及借助类C语言的系统级综合工具,来实现快速系统设计的技术。
10-1 MCU与FPGA的连接方法
10-2 基于MCU软核的FPGA片上系统设计
10-3 一种16位CPU的结构
10-4 一种16位CPU的指令系统
10-5 简单的CPU流水线设计
10-6 HLS简介
10-7 HLS设计举例
10-8 OpenCL简介
展开全部
预备知识

先修课程

1. 数字逻辑电路

2. C程序设计

参考资料

[1]   黄继业,潘松,EDA技术实用教程:Verilog HDL(第六版),北京:科学出版社,2018. “十一五”“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材

[2]   黄继业,郑兴,黄汐威,潘松,EDA Technology and Verilog HDL -- EDA技术与Verilog HDL(英文版),北京:清华大学出版社,2019.

[3]   黄继业, 潘松, 黄汐威, 陈龙,EDA技术与Verilog HDL(第6版),北京:清华大学出版社,20124

[4]   臧春华,蒋璇,数字系统设计与PLD应用(第三版),北京:电子工业出版社,2009.

[5]   潘松,潘明,黄继业,现代计算机组成原理,北京:科学出版社,2013.

[6]   []M. Morris Mano[]Michael D. Ciletti著,徐志军,尹廷辉,倪雪等译,Digital Design: With an Introduction to the Verilog HDL (Fifth Edition)——数字设计与Verilog实现(第五版),北京:电子工业出版社,2015.

[7]   [] MichaelD. Ciletti著,李广军,林水生,阎波等译,Advanced Digital Design with the Verilog HDL (Second Edition)——Verilog HDL高级数字设计(第二版),北京:电子工业出版社,2019.

[8]   王锁萍,电子设计自动化(EDA)教程,成都:电子科技大学出版社,2000.

[9]   云创工作室,Verilog HDL程序设计与实践,北京:人民邮电出版社,2009.

[10] 曾繁泰,侯亚宁,崔元明,可编程器件应用导论,北京:清华大学出版社,2001.

[11] 朱明程,XILINX数字系统现场集成技术,南京:东南大学出版社,2001.

[12] []Donald E. Thomas, Phillip R. Moorby, The Verilog Hardware Description Language, Springer, 2013.

[13] []Vaibbhav Taraate, Digital Logic Design Using Verilog - Coding and RTL Synthesis, Springer, 2016.

[14] []M. Morris Mano, Michael D. Ciletti, Digital Design: With an Introduction to the Verilog HDL, VHDL, and System Verilog, Pearson, 2018.

[15] []M. Rafiquzzaman, Steven A. McNinch, Digital Logic: With an Introduction to Verilog and FPGA-Based Design, John Wiley & Sons, 2019.

[16] 王金明,徐志军,苏勇,EDA技术与Verilog HDL设计,北京:电子工业出版社,2003.

[17] 乔庐峰,Verilog HDL数字系统设计与验证,北京:电子工业出版社,2009.

常见问题

Q:本课程的教材采用那本?

A:见参考资料中的第[1]、[2]项

Q:本课程中实验部分,是否必须在实验板上完成?测验与考试中有无硬件实验的内容?

A:EDA课程的学习最好是在实验板子上进行练习,在课程视频中有大量硬件实验的演示,但为了考虑到大部分选课者无实验板的情况,视频中也有大量仿真实验的内容,只要有软件就可以自行学习。在测验与考试中,硬件实验的内容占的比例较少(可忽略不计)。

Q : 讨论区的分数要如何取得?

A : 在“课堂交流区”由教师发起的主题讨论下参与回复,系统才会统计得分,。

Q: 个讨论区人发帖或者在其他同学的回复下进行评论能否得分?

A: 均不会计入讨论区得分

Q : 测验和作业过期补做,如何计分?

A : 可以补做,但不计入分数。

杭州电子科技大学
7 位授课老师
黄继业

黄继业

教授

黄汐威

黄汐威

教授

郑兴

郑兴

副教授

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