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SPOC学校专有课程
EDA技术及应用
第2次开课
开课时间: 2024年08月25日 ~ 2024年12月25日
学时安排: 4-8
当前开课已结束 已有 72 人参加
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spContent=电子设计自动化(Electronic design automation, EDA)是指利用计算机辅助设计(CAD)软件,来完成超大规模集成电路(VLSI)芯片的功能设计、综合、验证、物理设计(包括布局、布线、版图、设计规则检查等)等流程的设计方式。 本门课程是电子设计课程体系的基础课程,是后续集成电路等相关课程的先修课程,通过该课程的学习 1. 验证、巩固和补充数字电路相关课程所学的理论知识。 2. 了解EDA设计常用仪器的基本原理,技术性能,使用及测量方法。3.掌握硬件编程语言 VerilogHDL和VHDL 4. 具有设计实现指定功能电路、正确处理分析实验数据结果、撰写实验报告的能力。
电子设计自动化(Electronic design automation, EDA)是指利用计算机辅助设计(CAD)软件,来完成超大规模集成电路(VLSI)芯片的功能设计、综合、验证、物理设计(包括布局、布线、版图、设计规则检查等)等流程的设计方式。 本门课程是电子设计课程体系的基础课程,是后续集成电路等相关课程的先修课程,通过该课程的学习 1. 验证、巩固和补充数字电路相关课程所学的理论知识。 2. 了解EDA设计常用仪器的基本原理,技术性能,使用及测量方法。3.掌握硬件编程语言 VerilogHDL和VHDL 4. 具有设计实现指定功能电路、正确处理分析实验数据结果、撰写实验报告的能力。
—— 课程团队
课程概述

   EDA技术课程是电子信息类专业的学科基础专业课程。

   EDA即电子设计自动化,EDA技术是电子信息类专业的学科基础课,主要学习采用电子设计自动化技术进行数字系统设计的基本方法、器件基础(FPGA、ASIC)、工具应用、设计优化以及验证方法,是学习后续电子信息类专业课程和从事电子类产品设计的必备基础。

主要学习采用电子设计自动化技术进行数字系统设计的基本方法、器件基础、工具应用、设计优化以及验证方法,是学习专业课程和从事电子类产品设计的必备基础。EDA技术还在不断更新发展中,EDA技术课程内容也需要不断更新发展。同时该课程是一门注重实践性的课程,既有概念理论又有编程实践。

    通过传授EDA技术的原理、工具、器件、HDL、优化以及仿真技术等的理论知识,并开展相关课程实验,培养学生对数字系统设计能力和创新能力,达到本课程的课程目标:

课程目标(1):理解EDA技术的基本概念,理解基于Verilog HDL/VHDL的数字系统设计基本方法及流程。了解现代数字系统设计技术与验证技术,能描述和分析现代数字系统。具备独立设计实现较复杂数字电路与系统的能力,开发创造性思维和创新能力。

课程目标(2):掌握以 Quratus为代表的EDA工具及配套FPGA硬件开发系统的使用,能树立正确的设计思想,掌握基本实验技能,培养基本设计能力。培养学生根据设计指标,确定电路和系统的设计方案的能力,并能分析其性能,分析其局限性。

    学习本课程后,能掌握Quartus、ModelSim、Vivado等软件的使用,能进行复杂数字系统设计,可以进一步学习集成电路相关课程,入门SOPC设计技术,也可以进一步了解计算机组成原理与体系结构,为CPU设计奠定基础。


要求学生抓住一个重点: HDL语言编程;掌握两个工具:Quartus II开发软件和EDA实验箱硬件系统;运用三种手段:案例分析、应用设计、上机实践;采取四个结合:边学边用相结合,边用边学相结合,理论与实践相结合,课内与课外相结合。多动手、多思考、多实践,认真完成各实验项目;做到在项目实践中发现问题,带着问题查找相关文献资料结合课堂讲授学习知识,从而解决问题,最终不断提高自身实践动手能力和学习能力。

1.了解EDA技术的由来、可编程逻辑器件的发展历程、传统的电子线路设计与EDA技术的区别及联系,了解可编程逻辑器件PLD结构、特点、功能描述、输出配置、一般性测试等,为掌握EDA技术打下坚实的基础。

2.掌握Quartus Ⅱ的安装,掌握在Quartus Ⅱ的软件平台上进行逻辑设计的几种输入方法、掌握设计项目的编译、仿真、定时分析、器件编程等。了解设计过程中出现的竞争—冒险现象及采取的措施。

3、掌握硬件描述语言VHDL的程序结构、语言要素、VHDL的描述风格、仿真、综合等。会利用VHDL语言进行简单的电路设计。

4、通过EDA设计综合实验,熟悉电子系统层次化设计与基本设计全过程,初步具备解决实际问题的综合能力。

授课目标

EDA技术(电子设计自动化技术)作为电子信息类专业的学科基础课,通过传授EDA技术的原理、工具、器件、HDL、优化以及仿真技术等的理论知识,并开展相关课程实验,培养学生对数字系统设计能力和创新能力,培养复合应用型信息技术领域创新人才。其课程目标主要分三个维度:

 1.知识

l 在理解EDA技术一般概念的基础上,能掌握基于Verilog HDL语言的数字系统EDA设计基本方法与流程。

l 掌握描述和分析现代数字系统的方法,树立正确的设计思想,了解现代复杂数字系统设计技术与验证技术。

 2.能力

l 能掌握EDA工具及配套FPGA硬件开发系统的使用,能掌握基本实验技能,培养学生根据设计指标,确定电路和系统的设计方案的能力。

l 培养学生具备独立设计实现较复杂数字电路与系统的能力,具备创造性思维和创新能力。

 3素质

l  了解EDA技术在国内外的发展状况,拓展国际化视野,了解EDA技术对IC行业的影响,解EDA技术的先进性与稀缺性,激发学生对EDA技术的学习热情,培养学生的家国情怀。

成绩 要求

考试70%+线上30%。

本课程的学习环节包含:观看讲课视频、完成单元测验题、完成单元作业,参与课程讨论、参加期末考试。

 课程学习成绩由四部分构成:

 l 1)单元测验:每周学习结束后客观题测试,占课程成绩的10%

 l 2)单元作业,题型为分析题、编程题混合,源代码与分析图表按照要求格式上传,占课程成绩的10%

 l 3)课程讨论:按活跃度,占课程成绩的10%,在“课堂讨论”中回复16篇或以上为满分;

 l 4)考试:占课程成绩的70%

 客观题批改方式为平台自动给分。分析题、实验报告批改方式为学生互评方式,作业互评最少为 5 个,互评完成度的奖惩计分规则为:全部完成互评的学生将给予所得分数的 100% ,未参与互评的学生将给予所得分数的 50% ;未完成互评的学生将给予所得分数的 80%

初次运行,有不恰当实时微调。

课程大纲
学习目标1:EDA技术概述(约4学时)
课时目标:本课程以“一个软件工具Quartus II的使用”和“二门硬件描述语言HDL的编程”为核心,在此基础上学习数字电路及数字系统的设计及FPGA实现方法。掌握EDA的技术背景、发展情况、应用领域和研究现状;理解基于EDA的FPGA和CPLD以及常用EDA工具软件的发展和应用情况、常用的硬件描述语言的应用与发展情况;理解基于EDA软件的FPGA/CPLD开发流程和ASIC设计流程;了解本课程的特点与学习方法。
教学目的与要求:了解EDA技术的基本知识;了解EDA体系结构
知识点:
(1)现代电子系统的设计方法
(2)EDA技术
(3)EDA体系结构
(4)可编程专用集成电路ASIC。
学习目标2:可编程逻辑器件(约4学时)
课时目标:教学目的与要求:了解EDA技术实现的基本平台;了解Altera公司的可编程逻辑器件;理解可编程逻辑器件的基本概念;掌握逻辑器件的结构。
知识点:
(1)可编程逻辑器件的分类
(2)可编程逻辑器件的基本结构
(3)可编程逻辑器件的基本资源
(4)编程逻辑器件的编程元件
(5)Altera公司的可编程逻辑器件
(6)Altera可编程逻辑器件开发工具和使用方法
学习目标3:可编程逻辑器件的设计与开发(约8学时)
课时目标:教学目的与要求:了解可编程逻辑器件的设计过程;掌握Quartus Ⅱ的设计项目的编译、综合、仿真、适配、器件编程、下载和硬件调试等常规操作技术,能进行大规模可编程逻辑器件CPLD/FPGA的设计输入、编译、编译、纠错、仿真、适配、下载和测试。
知识点:
(1)可编程逻辑器件的设计过程
(2)可编程逻辑器件的开发环境
(3)硬件描述语言
(4)Quartus Ⅱ软件介绍
(5)Quartus Ⅱ软件的使用
学习目标4:硬件描述语言VHDL/Verilog HDL语言(约12学时)
课时目标:教学目的与要求:掌握并精通HDL语言编程,HDL语言是可编程器件的基础和精髓。必须要重点掌握。了解VHDL的描述风格,掌握VHDL的基本数据类型、基本描述语句、子程序、程序包和库的使用,在此基础上利用VHDL语言进行简单的电路设计。
知识点:
(1)VHDL的程序结构
(2)VHDL的基本数据类型
(3)VHDL的基本描述语句
(4)子程序
(5)程序包和库
(6)VHDL程序设计思想和基本原则
学习目标5:组合逻辑电路设计(约8学时)
课时目标:教学目的与要求:掌握基本数字组合逻辑电路的各种设计方法,并通过Quartus II软件为平台来实现编译、仿真和下载。
知识点:
(1)基本门电路的设计
(2)数据选择器的设计
(3)数据分配器的设计
(4)4位BCD译码器的设计
(5)三态门的设计
(6)加器的设计 ;全加器的设计
(7)加减法计数器设计
(8)存储器、编码器设计
(9)序列发生器检测器、译码器设计
(10)状态机设计
学习目标6:时序逻辑电路设计(约8学时)
课时目标:教学目的与要求:掌握数字时序电路的各种设计方法,并通过Quartus II软件为平台来实现
知识点:
(1)触发器的设计
(2)计数器的设计
(3)移位寄存器的设计
学习目标7:数字系统设计实例(约10学时)
课时目标:教学目的与要求:通过实验来掌握数字综合电路的各种设计方法,并通过Quartus II软件为平台来实现。
知识点:
(1)序列发生器和检测器设计
(2)数字秒表
(3)数字频率计
(4)数字钟
(5)智能函数发生器
(6)交通灯
学习目标8:实验 & Test Bench 的编写(约4学时)
1. 实验参开手册EXP1-15
2. verolog test bench的编写
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预备知识

先修课程:

1. 数字逻辑电路

2. C程序设计

3.PCB制版

参考资料

 参考资料

[1] EDA技术与VERILOG HDL(3)》,黄继业等,清华大学出版社2017.12  

[2]  EDA技术与CPLD/FPGA开发应用简明教程》第二版 刘爱荣,王振成《清华大学出版社2007.08  

[3]   黄继业, 陈龙, 潘松EDA技术与Verilog HDL,北京:清华大学出版社,2017.

[4]   臧春华,蒋璇,数字系统设计与PLD应用(第三版),北京:电子工业出版社,2009.

[5]   潘松,潘明,黄继业,现代计算机组成原理,北京:科学出版社,2013.

[6]   []M. Morris Mano[]Michael D. Ciletti著,徐志军,尹廷辉,倪雪等译,Digital Design: With an Introduction to the Verilog HDL (Fifth Edition)——数字设计与Verilog实现(第五版),北京:电子工业出版社,2015.

[7]   [] MichaelD. Ciletti著,李广军,林水生,阎波等译,Advanced Digital Design with the Verilog HDL (Second Edition)——Verilog HDL高级数字设计(第二版),北京:电子工业出版社,2019.

[8] 黄继业,潘松,EDA技术实用教程:Verilog HDL(第六版),北京:科学出版社,2018. “十一五”“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材   

[9] 黄继业,郑兴,黄汐威,潘松,EDA Technology and Verilog HDL -- EDA技术与Verilog HDL(英文版),北京:清华大学出版社,2019.   

[10]  FPGASOPC设计教程——DE2实践》张志刚 编著 西电学出版社 2007

[11]  Digital Systems Design and Prototyping: Using Field Programmable Logic and Hardware Description LanguagesZoran Salcic Asim Smailagic 2008

[12] []Donald E. Thomas, Phillip R. Moorby, The Verilog Hardware Description Language, Springer, 2013.

[13] []Vaibbhav Taraate, Digital Logic Design Using Verilog - Coding and RTL Synthesis, Springer, 2016.

[14] []M. Morris Mano, Michael D. Ciletti, Digital Design: With an Introduction to the Verilog HDL, VHDL, and System Verilog, Pearson, 2018.

[15] []M. Rafiquzzaman, Steven A. McNinch, Digital Logic: With an Introduction to Verilog and FPGA-Based Design, John Wiley & Sons, 2019.

[16] 王金明,徐志军,苏勇,EDA技术与Verilog HDL设计,北京:电子工业出版社,2003.

[17] 乔庐峰,Verilog HDL数字系统设计与验证,北京:电子工业出版社,2009.

常见问题

1Q:本课程的教材采用那本?

3A:见参考资料中和PPT,以教学目标为导向的经典教材和手册

2Q:本课程中实验部分,是否必须在实验板上完成?测验与考试中有无硬件实验的内容?

3A:EDA课程的学习最好是在实验板子上进行练习,在课程视频中有大量硬件实验的演示,但为了考虑到大部分选课者无实验板的情况,视频中也有大量仿真实验的内容,只要有软件就可以自行学习。在测验与考试中,硬件实验的内容占的比例较少(可忽略不计)。

3Q : 讨论区的分数要如何取得?

3A : 在“课堂交流区”由教师发起的主题讨论下参与回复,系统才会统计得分,。

4Q: 个讨论区人发帖或者在其他同学的回复下进行评论能否得分?

4A: 均不会计入讨论区得分

5Q : 测验和作业过期补做,如何计分?

5A : 可以补做,但不计入分数。

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李立凯

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张璐璐

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