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EDA原理及应用
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课程评价
spContent=随着人工智能（Artificial Intelligence，AI）技术的不断发展，图形处理单元（Graphics Processing Unit，GPU）广泛应用于实现复杂AI算法。与GPU使用软件实现AI算法相比，现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）使用硬件逻辑电路实现AI算法，其在性能、成本和功耗方面有着独特的优势，因此，也越来越多的应用于解决复杂AI算法。可以这样说，在复杂的电子系统中一定都有FPGA的身影存在。长久以来，Xilinx和Altera两家美国公司垄断全球大部分的FPGA市场份额。近年来，随着国内半导体产业的发展，涌现出以广东高云半导体科技股份有限公司（课程简称高云半导体）为代表的国产FPGA厂商。国产FPGA以其成本优势和完善的生态资源，在全球FPGA市场中占有越来越多的份额。本课程以高云半导体FPGA和配套软件为平台，系统讲解数字逻辑基础、FPGA原理、FPGA开发流程、Verilog HDL和VHDL语言，以及FPGA在不同场景的应用实例。
—— 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，以国产高云FPGA硬件和配套的软件为载体，系统讲授了基于FPGA的复杂数字系统设计理论和设计方法。     

       近年来，AI的兴起使得对高算力平台的需求持续增加。基于CPU和GPU的算力平台都是通过运行软件代码来实现高算力的需求，而基于FPGA的算力平台是基于复杂硬件逻辑电路来实现高算力的需求。与GPU相比，FPGA在成本和功耗上具有独特的优势。目前，FPGA有两方面的主要应用，一个是数字前端的设计和验证，另一个是高吞吐量的并行处理应用。

很多学生在学习FPGA的时候反映“入门”难，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，运用Multisim软件内建的SPICE工具重新系统讲解了相关知识，使得学生能真正理解数字逻辑及其电路的本质。此外，对于FPGA的学习，除了认真听课程的视频讲解外，一定要多实践多练习，这是学习FPGA的唯一正确的方法。

      该课程虽然是以国产高云FPGA为平台，但是课程所介绍的FPGA原理、Verilog HDL和VHDL语言，以及FPGA的开发流程适用于所有国产FPGA，同样也适用于Xilinx和Altera公司的FPGA。

      

授课目标

课程通过运用多个电子设计自动化（Electronic Design Automation,EDA）软件,包括Multisim、云源软件和ModelSim软件，全面系统的介绍了数字逻辑电路、FPGA原理、Verilog HDL/VHDL、FPGA的开发流程，以及复杂数字系统的设计和实现方法，使得学生初步具备独立从事FPGA开发的能力，同时为学生学习微机原理、单片机原理等课程打下坚实的基础。

课程大纲
预备知识

数字逻辑或数字电路的知识

 

参考资料

1. 何宾. EDA原理及Verilog HDL实现: 从晶体管、门电路到高云FPGA的数字系统设计. 北京：清华大学出版社. 2024.04.

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FPGA厂商配套的集成开发工具再现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。