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硬件描述语言及应用,宋潇电子科学与技术系 10-408,硬件描述语言及应用,教材：VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计(修订版、侯伯亨)参考书：1、EDA技术与VHDL，潘松，黄继业.北京.清华大学出版社.2007 2、VHDL数字电路设计教程，电子工业出版社，巴西Volnei A.Pedroni 著,硬件描述语言及应用,学时：48学时（3学分）,其中讲授：30学时上机：18学时内容：教材的第1、3、4、5、6、8章，,硬件描述语言及应用,1.EDA技术是一门涉及多学科的综合性技术，内容广泛，本课程主要学习VHDL语言和应用该语言进行数字系统设计的方法；2.本课程学习的设计方法主要是用软件进行硬件的设计与仿真，与数字电路中学习的方法有本质不同，但为了更好的掌握VHDL设计方法，必须要熟悉和掌握数字电路各方面硬件电路的知识；3.VHDL语言是一种并行语言，是不同于传统的软件编程语言的；4.在VHDL程序设计中，除了考虑通过编程实现指定逻辑功能外，还要对这一程序可能耗费的硬件资源有一明确的估计；5.学习过程中，要善于总结经验，尽可能地了解软件语句与硬件结构间的联系，在实践过程中，提高通过驾御软件语句来控制硬件构成的能力。,硬件描述语言及应用,学习方法和目的：1.加强数字电路知识的复习，尤其是可编程逻辑器件部分；2.掌握VHDL语言结构、数据类型、语法规则、描述风格和编程原理；3.进一步熟悉和掌握EDA软件MAX+PLUS II；要求：1.保持良好的教学秩序；2.要有1.52倍教学时数的复习和作业时间，有条件的同学要多上机练习，达到验证设计的目的。3.每个班指定一课代表或班长或学习委员，负责联系实验、购买教材、课程设计指导书、收发作业等。,第1章数字系统硬件设计概述,主要内容1.0 关于EDA技术1.1 传统硬件设计方法1.2 利用VHDL语言的硬件电路设计方法1.3 利用VHDL语言设计硬件电路的优点,1.0 关于EDA技术,1.EDA技术的含义 以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达式，以计算机为设计工具，在EDA软件平台上完成设计文件的逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真，直至对特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。2.EDA技术的主要内容 1）大规模可编程逻辑器件 2）硬件描述语言(HDL)3）软件开发工具 4）实验开发系统3.EDA软件系统的构成 1）设计输入子模块 2）设计数据库子模块 3）分析验证子模块 4）综合仿真子模块 5）布局布线子模块,1.0 关于EDA技术,4.EDA设计流程 1）源程序的编辑和编译-行为级描述 原理图输入方式 状态图输入方式 VHDL软件程序的文本方式 2）逻辑综合和优化-行为级优化与RTL级描述的转化 3）目标器件的布线适配 4）目标器件的编程下载 5）设计过程中的有关仿真 6）硬件仿真硬件测试,1.0 关于EDA技术,第1章数字系统硬件设计概述,主要内容1.0 关于EDA技术1.1 传统硬件设计方法1.2 利用VHDL语言的硬件电路设计方法1.3 利用VHDL语言设计硬件电路的优点,1.1 传统硬件设计方法,1.1 传统硬件设计方法,1.1 传统硬件设计方法,1.1 传统硬件设计方法,主要特征：1.采用自下自上(Bottom Up)的设计方法2.采用通用的数字逻辑器件3.在系统硬件设计的后期进行仿真和调试4.主要设计文件是电原理图,第1章数字系统硬件设计概述,主要内容1.0 关于EDA技术1.1 传统硬件设计方法1.2 利用VHDL语言的硬件电路设计方法1.3 利用VHDL语言设计硬件电路的优点,1.2 利用VHDL语言的硬件电路设计方法,什么是硬件描述语言？就是可以描述硬件电路的功能、信号连接关系以及定时关系的语言。它能比电原理图更有效地表示硬件电路的特性。,1.2 利用VHDL语言的硬件电路设计方法,(a)电原理图表示(b)VHDL语言描述 二选一数据选择器,1.2 利用VHDL语言的硬件电路设计方法,VHDL语言只是硬件描述语言家族中的一员硬件描述语言有数十种之多，常用的有VHDL、Verilog HDL、ABEL_HDL。,1.2 利用VHDL语言的硬件电路设计方法,硬件描述语言设计的特点：1.采用自上至下的设计方法,1.2 利用VHDL语言的硬件电路设计方法,行为描述举例：【实例1-1】结构描述举例：【实例1-2】注意：1。该程序要通过必须要有包集合NEW的存在才行，且所有用到的元件必须在NEW中存在；2。如果将dff、djk、and2、nor2的VHDL描述添加在设计中，不要用关键字and2、nor2等，因此在其后面加一个字符“q”以示区分；3。每一个触发器或门电路的VHDL描述可单独存为一个磁盘文件，文件名必须与实体名相同，也可直接放在顶层设计中；4。在EDA软件的层次视图中可清晰的看出设计的不同层次；1.2 利用VHDL语言的硬件电路设计方法1.采用自上至下的设计方法2.系统中大量采用ASIC芯片3.采用系统早期仿真4.降低了硬件电路设计的难度5.主要设计文件是HDL源程序,1.2 利用VHDL语言的硬件电路设计方法,主要内容1.0 关于EDA技术1.1 传统硬件设计方法1.2 利用VHDL语言的硬件电路设计方法1.3 利用VHDL语言设计硬件电路的优点,1.3 利用VHDL言设计硬件电路的优点,优点：1。设计技术齐全、方法灵活、支持广泛2。系统硬件描述能力强3。VHDL语言可以与工艺无关编程4。VHDL语言标准、规范、易于共享和复用,
