EDA原理及应用
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课程评价
spContent=课程以美国Xilinx公司Artix 7系列FPGA和Vivado 2018集成开发环境为平台,详细介绍了数字逻辑基础、可编程逻辑器件架构、Vivado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 2018集成开发环境下通过使用Verilog HDL(VHDL)在Xilinx 最新7系列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

    该课程以平时考核成绩为考核标准

(1)单元作业(主要指布置的开放性实验)100%


参考资料

[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。