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编辑推荐

　　本书提供教学课件（PPT）和相关源代码，下载地址为清华大学出版社网站本书页面。
　　基于Altera Quartus Ⅱ 13.0平台和VHDL语言，通过大量设计实例详细介绍基于EDA技术的层次化设计方法。
　　以数字电路和系统设计为主线，着眼于实用性，紧密联系数字电路和系统的实践性教学环节和科研实际，结合丰富的实例按照由浅入深的学习规律，循序渐进，逐步引入相关EDA技术和工具，通俗易懂，重点突出。
　　教学内容具有基础性和时代性，从理论与实践两方面解决了与后续课程的衔接，具有系统性强、内容新颖、适用性广的特点。
　　本书共6章，各章节均配有习题及实验，便于读者学习和教学使用。

内容简介

　　本书从教学和工程应用的角度介绍EDA技术的基本概念、应用特点、可编程逻辑器件、Quartus Ⅱ 13.0、Qsys、Nios Ⅱ EDS等EDA开发工具的基本使用方法和技巧，还介绍了常用逻辑单元电路的VHDL建模技术，并通过大量设计实例详细地介绍基于EDA技术的层次化设计方法。书中列举的设计实例都经由Quartus Ⅱ 13.0工具编译通过，并在DE2��115开发平台上通过了硬件测试，可直接使用。
　　本书的特点是以数字电路和系统设计为主线，着眼于实用性，紧密联系数字电路和系统的实践性教学环节和科研实际，结合丰富的实例，按照由浅入深的学习规律，循序渐进，逐步引入相关EDA技术和工具，内容通俗易懂、重点突出。
　　本书共6章，各章均配有思考与练习，第3~5章给出了相关实验，便于读者学习和教学使用。本书可作为高等院校电子、通信、自动化及计算机等专业EDA应用技术的教学用书，也可作为电子设计工程师技术培训的参考用书。

内页插图

目录

第1章EDA概述
1.1EDA技术及其发展
1.1.1EDA技术的发展历程
1.1.2EDA技术的主要内容
1.1.3EDA技术的发展趋势
1.2硬件描述语言
1.2.1硬件描述语言的起源
1.2.2HDL语言的特征
1.3EDA技术的层次化设计方法与流程
1.3.1EDA技术的层次化设计方法
1.3.2EDA技术的设计流程
1.4EDA工具软件简介
1.4.1Altera公司的EDA开发工具
1.4.2Xilinx公司的EDA开发工具
1.4.3其他仿真软件
1.5IP核
1.6互联网上的EDA资源
1.7本章小结
1.8思考与练习
第2章可编程逻辑器件
2.1可编程逻辑器件的发展历程及特点
2.1.1可编程逻辑器件的发展历程
2.1.2可编程逻辑器件的特点
2.2可编程逻辑器件分类
2.2.1按集成度分
2.2.2按编程特性分
2.2.3按结构分
2.3简单PLD
2.3.1PLD中阵列的表示方法
2.3.2PROM
2.3.3PLA器件
2.3.4PAL器件
2.3.5GAL器件
2.4CPLD
2.4.1传统的CPLD的基本结构
2.4.2*新CPLD的基本结构
2.5FPGA
2.5.1传统FPGA的基本结构
2.5.2*新FPGA的基本结构
2.6可编程逻辑器件的发展趋势
2.6.1先进工艺
2.6.2处理器内核
2.6.3硬核与结构化ASIC
2.6.4低成本器件
2.7本章小结
2.8思考与练习
第3章Quartus Ⅱ开发系统
3.1Quartus Ⅱ简介
3.1.1Quartus Ⅱ 13.0的特点
3.1.2Quartus Ⅱ 13.0系统安装许可与技术支持
3.1.3Quartus Ⅱ设计流程
3.2Quartus Ⅱ 13.0设计入门
3.2.1启动Quartus Ⅱ 13.0
3.2.2设计输入
3.2.3编译综合
3.2.4硬件测试
3.3基于原理图输入的Quartus Ⅱ设计
3.4基于文本输入的Quartus Ⅱ设计
3.5基于LPM可定制宏功能模块的Quartus Ⅱ设计
3.6TimeQuest时序分析
3.6.1时序分析的特点
3.6.2时序分析的基本概念
3.6.3使用TimeQuest时序分析器约束分析设计
3.7嵌入式逻辑分析仪的使用
3.7.1Quartus Ⅱ的SignalTap Ⅱ原理
3.7.2SignalTap Ⅱ使用流程
3.7.3在设计中嵌入SignalTap Ⅱ逻辑分析仪
3.8实验
3.8.1实验3��1： Quartus Ⅱ原理图输入设计法
3.8.2实验3��2： 4��16线译码器的EDA设计
3.8.3实验3��3： 基于MSI芯片设计计数器
3.8.4实验3��4： LPM宏功能模块的使用
3.8.5实验3��5： Quartus Ⅱ设计正弦信号发生器
3.9本章小结
3.10思考与练习
第4章VHDL设计基础
4.1VHDL的基本组成
4.1.1实体
4.1.2构造体
4.1.3程序包
4.1.4库
4.1.5配置
4.2VHDL的基本要素
4.2.1VHDL的标识符
4.2.2VHDL的客体
4.2.3VHDL的数据类型
4.2.4VHDL的运算符
4.3VHDL的基本语句
4.3.1顺序语句
4.3.2并行语句
4.4实验
4.4.1实验4��1： 应用VHDL设计简单组合逻辑
4.4.2实验4��2： 算术加法运算电路的VHDL设计
4.4.3实验4��3： 应用VHDL完成简单时序电路设计
4.4.4实验4��4： 设计VHDL加法计数器
4.4.5实验4��5： 设计移位运算器
4.5本章小结
4.6思考与练习
第5章基于Nios Ⅱ的Qsys软硬件设计
5.1Qsys技术简介
5.1.1SOPC简介
5.1.2Qsys简介
5.1.3Qsys的功能特点
5.2Qsys设计流程
5.3Qsys用户界面
5.3.1系统元件页
5.3.2系统选项
5.3.3Qsys菜单命令简介
5.4Nios Ⅱ处理器系统
5.4.1Nios Ⅱ嵌入式处理器简介
5.4.2基于Nios Ⅱ的软硬件开发流程
5.4.3HAL系统库
5.4.4使用HAL开发应用程序
5.5基于Nios Ⅱ的Qsys开发实例
5.5.1硬件部分
5.5.2软件部分
5.6实验
5.6.1实验5��1： 七段数码管显示实验
5.6.2实验5��2： 按键控制数码管递增实验
5.6.3实验5��3： 跑马灯实验
5.6.4实验5��4： 自定义PWM组件实验
5.7本章小结
5.8思考与练习
第6章EDA技术的应用
6.1组合逻辑电路的设计应用
6.1.1编码器设计
6.1.2译码器的设计
6.1.3多路选择器的设计
6.1.4加法器设计
6.1.5数值比较器
6.1.6算术逻辑运算器
6.2时序逻辑电路的设计应用
6.2.1触发器
6.2.2锁存器和寄存器
6.2.3计数器
6.3状态机的设计
6.3.1有限状态机的VHDL建模
6.3.2Moore状态机VHDL设计
6.3.3Mealy状态机VHDL设计
6.4存储器的设计
6.4.1ROM的设计
6.4.2RAM的设计
6.4.3FIFO的设计
6.5EDA综合设计
6.5.1简易数字钟的设计
6.5.2出租车自动计费器EDA设计
6.5.3数字密码锁EDA设计
6.6本章小结
6.7思考与练习
附录ADE2��115开发板引脚配置信息
参考文献

精彩书摘

　　第3章
　　Quartus Ⅱ开发系统
　　【学习目标】
　　通过对本章内容的学习，了解Quartus Ⅱ 13.0的特点； 理解Quartus Ⅱ设计流程； 掌握基于原理图输入的Quartus Ⅱ设计，基于文本输入的Quartus Ⅱ设计，可定制宏功能模块的Quartus Ⅱ设计，静态时序分析工具的使用，嵌入式逻辑分析仪的使用方法。
　　【教学建议】
　　理论教学： 4学时，实验教学： 10学时。本章通过8个实例详细介绍Quartus Ⅱ设计流程和设计方法技巧，重点介绍原理图输入与文本输入设计流程，定制元件工具MegaWizard管理器的使用，时序分析器的使用，SignalTapⅡ Logic Analyzer(逻辑分析仪)的使用，*后给出了５个基本实验供学生练习。
　　3.1Quartus Ⅱ简介
　　Altera的Quartus Ⅱ是业内领先的PLD设计软件，具有*全面的开发环境和无与伦比的性能表现。也是Altera公司继MAX+plusⅡ之后开发的一种针对其公司生产的系列CPLD/FPGA器件的设计、仿真、编程的工具软件。本章以Quartus Ⅱ 13.0为例，介绍Quartus Ⅱ 13.0软件的特点和使用方法及其在数字系统设计中的应用。
　　3.1.1Quartus Ⅱ 13.0的特点
　　Altera公司推出的Quartus Ⅱ 13.0软件实现了性能*好的FPGA和SoC设计，提高了设计人员的效能，使28nm的FPGA和SoC用户的编译时间平均缩短25%。与以前的软件版本相比，该版本面向高端28nm Stratix Ⅴ FPGA，*难收敛的设计编译时间平均缩短50%。Quartus Ⅱ 13.0支持面向Stratix Ⅴ FPGA的设计，还增强了包括基于C语言的开发套件、基于系统IP核以及基于模型的高级设计流程。
　　�r OpenCL的SDK为没有FPGA设计经验的软件编程人员打开了强大的并行FPGA加速设计新世界。从代码到硬件实现，OpenCL并行编程模型提供了*快的方法。与其他硬件体系结构相比， FPGA的软件编程人员以极低的功耗实现了很高的性能。
　　�r Qsys系统集成工具提供对基于ARM的Cyclone Ⅴ SoC的扩展支持。现在，Qsys可以在FPGA架构中生成业界标准AMBA总线、AHB总线和APB总线接口。而且，这些接口符合ARM的TrustZone技术要求，支持设计者在安全的关键系统资源和其他非安全系统资源之间划分整个基于SoC�睩PGA的系统。
　　�r DSP Builder设计工具支持系统开发人员在DSP设计中高效地实现高性能定点和浮点算法。新特性包括更多的math.h函数，提高了精度，增强了取整参数，为定点和浮点FFT提供可参数赋值的FFT模块，还有更高效的折叠功能，提高了资源共享能力。
　　关于Quartus Ⅱ 13.0软件特性的详细信息，请访问Altera公司的Quartus Ⅱ软件新增功能网页。
　　3.1.2Quartus Ⅱ 13.0系统安装许可与技术支持
　　要使用Altera提供的软件，需要设置并获取Altera订购许可。Altera提供多种类型的软件订购。客户在购买开发工具包时，将收到用于PC的Quartus Ⅱ软件免费版本，并获得有关该软件许可的指令。如果没有有效的许可文件，应请求新的许可文件； 还可以选择30天试用版，用以评估Quartus Ⅱ软件，但它没有编程文件支持。要使用30天试用版，在启动Quartus Ⅱ软件后，请选择Enable 30�瞕ay evaluation period选项。30天试用期结束后，客户必须取得有效的许可文件才能使用该软件，如图3��1所示。
　　图3��1Quartus Ⅱ软件许可文件示意图
　　Quartus Ⅱ软件分为Quartus Ⅱ订购版软件和Quartus Ⅱ网络版软件。
　　Quartus Ⅱ网络版是Quartus Ⅱ软件的免费入门级版本，支持选定器件。可以从Altera网站www.altera.com.cn获取Quartus Ⅱ网络版软件。Quartus Ⅱ订购版软件目前*高版本为Quartus Ⅱ 15.0。本书采用的是Quartus Ⅱ 13.0。
　　1. Quartus Ⅱ 13.0软件的安装步骤
　　(1) 将从官网中下载的QuartusProgrammerSetup��13.0.1.232.exe复制到计算机硬盘中，双击该文件，即可弹出安装向导界面。
　　(2) 单击安装向导界面Next按钮，将出现License界面，选择I accept the agreement，再单击Next按钮，出现安装路径设置界面，可根据需要选择路径或默认安装。
　　(3) 在下一步操作中选择所需的器件系列和EDA工具，从10.0版本开始，软件与器件库是分别安装的，必须安装所需要的器件库。例如，本书选择的器件安装包为cyclone_web��13.0.1.232.qdz和cyclonev��13.0.1.232.qdz，仿真工具ModelSimSetup��13.0.1.232。
　　(4) 继续单击Next按钮，弹出指定MATLAB安装路径对话框，若主机已安装MATLAB，可使用安装向导检测出安装路径。
　　(5) 下一步将给出安装选定部件所需的硬盘空间，以及当前指定驱动器上可用空间。单击Next按钮，即可开始安装Quartus Ⅱ软件了。
　　2. 安装USB�睟laster驱动程序
　　将DE2��115开发板Blaster接口J9(开发板*左侧)接好USB连接线，另一头插入计算机的USB接口。当Quartus Ⅱ软件安装完成后，将给出提示界面，并显示安装成功与否，应当仔细阅读全部提示。为保证DE2��115开发板的正常使用，还需安装USB�睟laster驱动程序，通过添加系统新硬件方式，在弹出的对话框中，单击“浏览”按钮，选择驱动程序所在的子目录(位于Quartus Ⅱ软件的安装目录下)，例如，C： ＼altera＼13.0sp1＼quartus＼drivers＼usb�瞓laster，再单击“下一步”按钮即可完成硬件驱动程序的安装。
　　安装完成后，右击桌面上“我的电脑”，选择“属性”，再进入“硬件”标签页，单击“设备管理器”打开对话框，单击“通用串行总线控制器”设备选项，查看安装是否成功。
　　3. 获取Quartus Ⅱ 13.0软件许可的基本步骤
　　（1） 启动Quartus Ⅱ软件后，如果软件检测不到有效的ASCII文本许可文件license.dat，将出现包含Request updated license file from the web选项的提示信息。此选项显示Altera网站的“许可”部分，它允许请求许可文件。可以进入Altera网站www.altera.com/licensing的“许可”部分。
　　（2） 选择相应许可类型的链接,指定请求的信息。
　　（3） 通过电子邮件收到许可文件之后，将其保存至系统的一个目录中。
　　（4） 启动Quartus Ⅱ软件，但尚未指定许可文件位置，将出现Specify valid license file选项。此选项显示Options对话框的License Setup选项卡,如图3��1所示。
　　3.1.3Quartus Ⅱ设计流程
　　Quartus Ⅱ软件拥有FPGA和CPLD设计的所有阶段的解决方案。Quartus Ⅱ软件允许在设计流程的每个阶段使用Quartus Ⅱ图形用户界面、EDA工具界面或命令行界面。与以往EDA工具相比，设计者可以使用Quartus Ⅱ软件完成设计流程的所有阶段，它更适合于团队基于模块的层次化设计方法。
　　EDA设计的*大特点是其迭代性很强，并不是一个简单顺序流程，其设计流程主要包含需求分析与模块划分、设计输入、逻辑综合、逻辑实现与布局布线、时序仿真与验证、器件编程和调试，设计者在测试验证中一旦发现问题，往往需要回到前面的步骤重新审查和修改，然后编译综合、仿真验证，直到*终设计符合要求。
　　1. 需求分析与模块划分
　　任何一个项目的前期准备工作都是从需求分析开始的，需求明确了，把功能定义弄清楚，设计者才可进一步进行可行性分析，模块划分的原则是以功能为主，有时也按数据流来划分，虽然FPGA的处理是并行的，但是任何事物的处理都是一个有序的过程，一个数据流在FPGA内部经常会做多次处理后输出，多次处理的过程可考虑分成多个模块实现。分模块不仅有利于分工的需要，更有利于日后代码的升级、维护及设计的综合优化和保密。
　　2. 设计输入(Design Entry)
　　Quartus Ⅱ软件的工程由所有设计文件和与设计有关的设置组成。设计者可以使用Quartus Ⅱ Block Editor、Text Editor、MegaWizard Plug�睮n Manager (Tools菜单)和EDA设计输入工具，建立包括Altera宏功能模块、参数化模块库(LPM)函数和知识产权(IP)函数在内的设计。可以使用Settings对话框(Assignments菜单)设定初始设计约束条件。图3��2给出了Quartus Ⅱ常见的设计输入流程。
　　图3��2Quartus Ⅱ设计输入流程
　　……

前言/序言

　　我们正处在信息的时代，事物的发展和技术的进步，对传统的教育体系和人才培养模式提出了新的挑战。面向21世纪的高等教育正在对专业结构、课程体系、教学内容和教学方法进行系统的和整体的改革，教材建设是改革的重要内容之一。随着信息技术的飞速发展，各行各业对信息学科人才的需求越来越大。为社会培养更多的具有创新能力，解决实际问题能力和高素质的信息学科人才，是目前高等教育的重要任务之一。
　　本书以Altera公司的Quartus Ⅱ 13.0平台和VHDL为主介绍了EDA的设计方法，结合丰富的实例，按照由浅入深的学习规律，循序渐进，逐步引入相关EDA技术和工具，内容通俗易懂、重点突出。教学内容具有基础性和时代性，从理论与实践两方面解决了与后续课程的衔接，具有系统性强、内容新颖、适用性广的特点，希望能对EDA技术的教学和科研起到促进作用。全书概念清晰，语言流畅，可读性强，并配有大量的图表，以增强表述效果。
　　本书共6章，各章主要内容如下：
　　第1章介绍EDA技术的发展历程，EDA设计流程及其涉及的领域与发展趋势，互联网上的EDA资源。
　　第2章介绍PROM、PLA、PAL、GAL、CPLD、FPGA等各种可编程逻辑器件的电路结构、工作原理、使用方法和可编程逻辑器件的未来发展方向。
　　第3章介绍Quartus Ⅱ 13.0设计流程和设计方法，重点介绍了基于原理图输入和基于文本输入的设计流程，定制元件工具MegaWizard管理器的使用，时序分析工具和逻辑分析仪的使用，并给出了相关的习题与实验供读者练习以加深理解。
　　第4章以示例形式介绍VHDL语言的基础知识与设计方法。
　　第5章介绍了Nios Ⅱ处理器系统的基本结构，Qsys技术的基本概念，Nios Ⅱ软核处理器，基于Qsys技术的软硬件设计方法。
　　第6章通过VHDL实现的设计实例，进一步介绍EDA技术在组合逻辑、时序逻辑、状态机设计和存储器设计方面的应用； 并给出了相关习题与设计型和研究型实验供读者练习以加深理解。
　　武汉轻工大学Altera公司EDA/SOPC联合实验室在2011年创建时就得到了Altera公司的大力支持，作为联合实验室成员，本书作者较早地在教学和科研实践中使用了这些产品，具有一定的教学和实践经验。本书是作者总结多年从事理论教学与实验教学的经验，从传授知识和培养能力的目标出发，结合课程教学的特点、难点和要点编写而成的。
　　本书提供教学课件和相关源代码，请在清华大学出版社网站的本书页面上下载。
　　本书由刘昌华编著，在编写本书的过程中，参考了许多同行专家的专著和 EDA技术与应用 基于Qsys和VHDL/高等学校电子信息类专业系列教材 电子书 下载 mobi epub pdf txt

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