EDA技術及其應用

第1章 緒論
1.1 集成電路設計方法與設計手段2
1.1.1 原始的手工設計2
1.1.2 計算機輔助設計CAD2
1.1.3 電子設計自動化EDA3
1.1.4 電子系統(tǒng)設計自動化ESDA3
1.1.5 用戶現(xiàn)場可編程器件FPGA4
1.2 設計過程4
1.3 集成電路設計的層次5
1.4 ASIC設計的技術發(fā)展6
1.4.1 ASIC及其設計流程8
1.4.2 ASIC設計方法8
1.4.3 一般的ASIC設計流程10

第2章 EDA基礎
2.1 EDA的定義12
2.2 EDA技術的發(fā)展歷程12
2.3 EDA技術的基本特征12
2.4 EDA技術的基本工具13
2.4.1 常用EDA工具13
2.4.2 設計輸入編輯器13
2.4.3 HDL綜合器14
2.4.4 仿真器15
2.4.5 適配器（布局、布線器）16
2.4.6 下載器17
2.5 EDA技術的基本設計思路17
2.5.1 EDA技術的電路級設計17
2.5.2 EDA技術的系統(tǒng)級設計18
2.6 EDA設計流程18
2.6.1 設計輸入（原理圖/HDL文本編輯）19
2.6.2 綜合過程20
2.6.3 適配器21
2.6.4 時序仿真與功能仿真21
2.6.5 編程下載22
2.6.6 硬件測試22
2.7 EDA技術的發(fā)展趨勢22
2.8 FPGA/CPLD芯片內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)23
2.8.1 基于乘積項的PLD結(jié)構(gòu)23
2.8.2 乘積項結(jié)構(gòu)PLD的邏輯實現(xiàn)原理24
2.8.3 查找表的原理與結(jié)構(gòu)25
2.8.4 基于查找表的FPGA的結(jié)構(gòu)26
2.8.5 查找表結(jié)構(gòu)的FPGA邏輯實現(xiàn)原理29

第3章 數(shù)字系統(tǒng)硬件設計基礎
3.1 概述30
3.1.1 由底向上的設計30
3.1.2 由頂向下的設計30
3.2 硬件描述語言31
3.2.1 VHDL語言概述32
3.2.2 VHDL語言特點32
3.2.3 VHDL語言描述方法33
3.3 自頂向下技術的設計流程及關鍵技術37
3.3.1 系統(tǒng)設計38
3.3.2 系統(tǒng)的綜合優(yōu)化39
3.3.3 系統(tǒng)實現(xiàn)40
3.4 設計描述風格模型40
3.5 VHDL綜合41

第4章 VHDL語言基本結(jié)構(gòu)
4.1 VHDL語言概述44
4.1.1 設計實體和結(jié)構(gòu)體的概念44
4.1.2 結(jié)構(gòu)和行為47
4.1.3 數(shù)據(jù)類型與對象49
4.1.4 VHDL主要組成部分50
4.1.5 設計庫51
4.2 VHDL的結(jié)構(gòu)描述52
4.2.1 結(jié)構(gòu)描述的基本特征53
4.2.2 規(guī)則結(jié)構(gòu)58
4.2.3 配置指定62
4.3 VHDL語言構(gòu)造體的子結(jié)構(gòu)描述64
4.3.1 Block語句結(jié)構(gòu)描述64
4.3.2 進程（Process）語句結(jié)構(gòu)描述66
4.4 子程序67
4.4.1 過程語句67
4.4.2 函數(shù)語句69
4.5 包集合、庫及配置72
4.5.1 庫72
4.5.2 包集合74
4.5.3 配置78

第5章 VHDL語言數(shù)據(jù)類型及運算操作符
5.1 VHDL語言的數(shù)據(jù)類型84
5.1.1 標準的數(shù)據(jù)類型84
5.1.2 用戶定義的數(shù)據(jù)類型86
5.1.3 用戶定義子類型88
5.1.4 數(shù)據(jù)類型的限定和轉(zhuǎn)換89
5.2 VHDL語言的客體及其分類90
5.2.1 常數(shù)90
5.2.2 變量91
5.2.3 信號91
5.2.4 信號與變量值代入的區(qū)別92
5.3 VHDL語言的運算操作符92
5.3.1 邏輯運算符93
5.3.2 算術運算符94
5.3.3 關系運算符94
5.3.4 連接運算符95

第6章 VHDL語言主要描述語句
6.1 順序描述語句96
6.1.1 進程96
6.1.2 信號和變量的賦值97
6.1.3 進程掛起語句Wait98
6.1.4 斷言語句Assert102
6.1.5 條件控制語句If102
6.1.6 條件控制語句Case106
6.1.7 循環(huán)控制語句For111
6.2 并發(fā)描述語句114
6.2.1 進程語句114
6.2.2 并行信號賦值語句115
6.2.3 條件信號賦值語句116
6.2.4 選擇信號賦值語句118
6.2.5 并發(fā)過程調(diào)用語句119
6.2.6 塊語句120
6.3 Attribute描述與定義語句124
6.3.1 數(shù)值類屬性124
6.3.2 函數(shù)類屬性125
6.3.3 信號類屬性126
6.3.4 數(shù)據(jù)類屬性126
6.3.5 數(shù)據(jù)區(qū)間類屬性126
6.3.6 用戶自定義類屬性126
6.4 Textio127
6.5 決斷信號130

第7章 基本邏輯電路設計
7.1 基本門電路133
7.1.1 反相器門電路133
7.1.2 兩輸入與門電路135
7.1.3 兩輸入與非門電路137
7.1.4 兩輸入或門電路139
7.1.5 兩輸入或非門電路142
7.1.6 兩輸入異或門電路144
7.1.7 兩輸入同或門電路146
7.1.8 四輸入與非門電路149
7.2 選擇器152
7.2.1 四選一152
7.2.2 四路選通器155
7.2.3 十六選一選擇器156
7.3 編碼器與譯碼器159
7.3.1 優(yōu)先級83編碼器159
7.3.2 74LS348編碼器162
7.3.3 138譯碼器163
7.4 加法器165
7.4.1 一位半加器165
7.4.2 一位全加器168
7.4.3 串行進位加法器172
7.4.4 超前進位加法器173
7.4.5 處理多個加法器的技巧175
7.4.6 八位比較器175
7.5 求補器178
7.6 三態(tài)門及總線緩沖器179
7.6.1 三態(tài)門電路179
7.6.2 單向總線緩沖器181
7.6.3 雙向總線緩沖器183

第8章 時序邏輯電路設計
8.1 時鐘信號和復位信號185
8.1.1 時鐘信號185
8.1.2 復位信號187
8.2 D觸發(fā)器189
8.2.1 D觸發(fā)器189
8.2.2 帶異步復位上升沿的D觸發(fā)器189
8.2.3 帶異步置位復位上升沿的D觸發(fā)器190
8.2.4 帶異步復位和輸入使能上升沿的D觸發(fā)器191
8.3 T觸發(fā)器192
8.4 RS觸發(fā)器193
8.5 JK觸發(fā)器194
8.6 寄存器196
8.6.1 4位鎖存器196
8.6.2 串行輸入、并行輸出移位寄存器196
8.6.3 通用寄存器197
8.6.4 三態(tài)8進制D型寄存器198
8.6.5 8位同步置數(shù)、清零寄存器199
8.6.6 移位寄存器TTL164200
8.6.7 8位移位寄存器的結(jié)構(gòu)級描述201
8.6.8 桶形移位寄存器的兩種實現(xiàn)方式202
8.7 計數(shù)器206
8.7.1 帶異步清零和計數(shù)使能的8位同步二進制計數(shù)器206
8.7.2 帶異步清零和計數(shù)使能的十進制計數(shù)器207
8.7.3 異步計數(shù)器208
8.8 存儲器209
8.8.1 存儲器描述中的一些共性問題209
8.8.2 ROM只讀存儲器210
8.8.3 RAM隨機存儲器212
8.8.4 基于ROM的波形產(chǎn)生器213
8.8.5 先入先出（FIFO）存儲器214
8.8.6 16字8位的RAM行為級描述216
8.8.7 256字8位ROM行為級描述217
8.8.8 堆棧219
8.9 綜合舉例221
8.9.1 分頻器221
8.9.2 延遲電路224
8.9.3 8位無符號乘法器225
8.9.4 使用Generate 參數(shù)的n位加法器226
8.9.5 序列檢測器227
8.9.6 16位ADC228
8.9.7 16位DAC229
8.9.8 經(jīng)典的2Process狀態(tài)機描述與Test Bench229
8.9.9 使用變量描述的狀態(tài)機231
8.9.10 異步Reset狀態(tài)機233
8.9.11 具有Moore and Mealy型輸出的狀態(tài)機234
8.9.12 多輸出邏輯的Moore型狀態(tài)機236
8.9.13 總線描述237
8.9.14 定時器的設計240
8.10 綜合245
8.10.1 RTL級描述246
8.10.2 綜合中的約束248
8.10.3 屬性描述249
8.10.4 工藝庫251
8.10.5 綜合的基本步驟252

第9章 FPGA加載綜述
9.1 FPGA 加載的數(shù)據(jù)流格式261
9.2 FPGA的上電配置過程262
9.2.1 初始化262
9.2.2 延遲配置模式262
9.2.3 啟動263
9.2.4 啟動時序264
9.3 FPGA加載的幾種方式264
9.3.1 主動串行模式265
9.3.2 從動串行模式266
9.3.3 主動并行模式267
9.3.4 同步外圍模式268
9.3.5 異步周邊模式269
9.3.6 菊花鏈方式270
9.4 CCLK的頻率設置271
9.5 JTAG鏈及其工作方式271
9.5.1 邊界掃描簡介271
9.5.2 JTAG配置可編程器件272
9.5.3 多個JTAG器件連接273
9.6 VIRTEX 芯片的加載273

第10章 軟件介紹
10.1 MAX+PLUSII軟件276
10.1.1 MAX+PLUSII概況276
10.1.2 MAX+PLUSII軟件的流程277
10.1.3 建立和編輯一個VHDL工程文件278
10.1.4 VHDL語言程序的編譯280
10.1.5 VHDL語言程序的仿真282
10.1.6 原理圖輸入法285
10.1.7 器件編程288
10.2 Active_HDL集成環(huán)境290
10.2.1 Active_HDL的VHDL語言設計、編譯與仿真291
10.2.2 Active_HDL的狀態(tài)機設計、編譯與仿真296
10.3 Synplify的使用302

第11章 數(shù)值系統(tǒng)的狀態(tài)模型
11.1 二態(tài)數(shù)值系統(tǒng)307
11.2 三態(tài)數(shù)值系統(tǒng)308
11.3 四態(tài)數(shù)值系統(tǒng)309
11.4 九態(tài)數(shù)值系統(tǒng)310
11.5 十二態(tài)數(shù)值系統(tǒng)312
11.6 四十六態(tài)數(shù)值系統(tǒng)313

第12章 HDL編碼風格與編碼指南軟件介紹
12.1 HDL編碼風格315
12.1.1 文件頭和修訂列表315
12.1.2 聯(lián)機注釋317
12.2 VHDL命名通用規(guī)則317
12.3 VHDL命名具體規(guī)則319
12.3.1 實體和結(jié)構(gòu)319
12.3.2 端口319
12.3.3 結(jié)構(gòu)體319
12.3.4 元件320
12.3.5 配置320
12.3.6 包、函數(shù)和過程320
12.3.7 枚舉、數(shù)據(jù)類型、記錄和數(shù)組320
12.3.8 信號和變量321
12.3.9 進程和塊321
12.3.10 測試工作臺321
12.3.11 文件和目錄結(jié)構(gòu)322
12.3.12 其他322
12.4 VHDL注釋322
12.5 VHDL代碼標準格式322
12.6 VHDL編碼指導324
12.6.1 通用指導324
12.6.2 可移植性編碼指導328
12.6.3 復位330
12.6.4 時鐘330
12.6.5 總線330
12.6.6 通用規(guī)則330
12.6.7 VHDL代碼指導原則331
12.7 VHDL保留字333
附錄中英文對照表335
習題與思考題340
參考文獻342