第1章 EDA技术概述…………………………………1
1.1 EDA技术及其发展…………………………………2
1.1.1 EDA技术的含义…………………………………2
1.1.2 EDA技术的发展历程……………………………3
1.2 EDA技术的主要内容………………………………4
1.2.1自顶向下的设计方法…………………………4
1.2.2 ASIC设计 ……………………………………5
1.2.3 硬件描述语言………………………………6
1.2.4 主要 PLD厂商概述…………………………7
1.3 常用的 EDA 工具……………………………8
1.3.1 设计输入编辑器……………………………8
1.3.2 HDL综合器…………………………………9
1.3.3 仿真器……………………………………9
1.3.4 适配器………………………………………10
1.3.5 下载器…………………………………10
1.4 EDA设计流程 …………………………………10
1.4.1 设计输入…………………………………10
1.4.2 综合…………………………………………11
1.4.3 适配………………………………………12
1.4.4 时序仿真与功能仿真………………………12
1.4.5 编程下载……………………………………13
1.4.6 硬件测试……………………………………13
1.5 EDA技术的发展趋势……………………………13
1.6 EDA技术的应用…………………………………14
1.6.1 EDA技术的应用形式……………………………14
1.6.2 EDA技术的应用场合……………………………15
本章小结……………………………………………15
课程拓展………………………………………………16
第2章 可编程逻辑器件及FPGA开发简介…………………18
2.1 可编程逻辑器件基础……………………………………19
2.1.1 可编程逻辑器件简介………………………………19
2.1.2 可编程逻辑器件的发展历史………………………20
2.1.3 可编程逻辑器件的基本结构………………………21
2.1.4 可编程逻辑器件的分类………………………………21
2.2 CPLD的基本结构及特点………………………………22
2.3 FPGA的基本结构及特点…………………………………30
2.4 FPGA和CPLD的性能比较和开发应用选择 ………………36
2.4.1 FPGA和CPLD的性能比较 …………………………36
2.4.2 FPGA和CPLD的开发应用选择………………………37
2.5 Xilinx新型系列器件简介………………………………38
2.5.1 Spartan系列…………………………………38
2.5.2 Virtex 系列…………………………………42
本章小结……………………………………47
课程拓展…………………………………………………47
第3章 基于ISE的开发环境使用指南……………49
3.1 ISE的安装与基本操作……………………………50
3.1.1 ISE软件介绍……………………………50
3.1.2 ISE软件的安装…………………………51
3.1.3 ISE软件的基本操作………………………55
3.2 ISE的工程建立与设计输入……………………61
3.2.1 ISE的工程建立……………………………61
3.2.2 基于ISE的HDL代码输入……………………65
3.2.3 基于ISE代码模板的使用………………………68
3.2.4 基于ISE的原理图输入法…………………………70
3.2.5 基于ISE的IPCore的使用……………………73
3.3 基于ISE的仿真…………………………………78
3.4 基于ISE的综合与实现……………………………82
3.4.1 基于Xilinx XST的综合………………………82
3.4.2 基于ISE的实现………………………………90
3.5 FPGA配置与编程…………………………………101
3.5.1 Xilinx FPGA配置电路综述…………………101
3.5.2 iMPACT的基本操作………………………………105
3.5.3 使用iMPACT创建配置文件 …………………108
3.6 约束文件的编写……………………………………117
3.6.1 约束文件的定义………………………………118
3.6.2 UCF文件的语法说明 ………………………………118
3.6.3 ISE中 UCF文件的编写……………………………119
3.7 集成化逻辑分析仪 …………………………………124
3.7.1 Chipscope Pro(集成化逻辑分析工具)简介……………124
3.7.2 Chipscope Pro的使用流程………………………125
3.7.3 Chipscope Pro Inserter 的操作和使用………………125
3.7.4 Chipscope Pro 逻辑分析仪使用流程 ……………131
本章小结……………………………………………136
课程拓展………………………………………………136
第4章 第三方工具介绍…………………………139
4.1 Modelsim SE 6.2 软件的使用…………………………140
4.1.1 Modelsim SE 6.2 软件的安装……………………140
4.1.2 利用 Modelsim 进行功能仿真…………………141
4.1.3 利用Modelsim 进行时序仿真………………………144
4.2 Synplify Pro 软件的使用…………………………………148
4.2.1 Synplify Pro 9.0.1 软件的安装……………………149
4.2.2 Synplify Pro 9.0.1 软件的使用………………………150
本章小结…………………………………………………156
课程拓展……………………………………………156
第5章 简单数字逻辑电路的设计………………………159
5.1 基于XilinxFPGA的组合逻辑电路设计………………160
5.1.1 基本逻辑门电路设计………………………………161
5.1.2 编码器设计………………………………167
5.1.3 译码器设计…………………………………168
5.1.4 数值比较器设计……………………………169
5.1.5 数据选择器设计………………………………171
5.1.6 总线缓冲器设计………………………………172
5.2 时序逻辑电路设计………………………………………174
5.2.1 时钟信号和复位信号……………………………174
5.2.2 触发器设计………………………………175
5.2.3 移位寄存器………………………177
5.2.4 计数器设计………………………178
5.2.5 分频器设计……………………………180
5.3 存储器设计………………………………………180
5.3.1 只读存储器 ROM ……………………………181
5.3.2 随机存储器 RAM ……………………………182
5.3.3 FIFO的设计…………………………184
5.4 有限状态机设计……………………………………188
5.4.1 有限状态机原理…………………………188
5.4.2 有限状态机分类……………………………188
5.4.3 有限状态机设计方法……………………………189
本章小结 ………………………………………193
课程拓展………………………………………………193
第6章 EDA技术综合设计应用…………………………196
6.1 实验一 基本逻辑门设计……………………………197
6.2 实验二 基于原理图的基本逻辑门设计………………197
6.3 实验三 4选1数据选择器设计……………………200
6.4 实验四 7人表决器设计…………………………200
6.5 实验五 用Verilog HDL 设计4人抢答器…………………202
6.6 实验六 基于IP核的4位乘法器设计……………203
6.7 实验七 带复位端的同步分频器设计……………………206
6.8 实验八 移位寄存器设计……………………………206
6.9 实验九 有限状态机设计……………………………207
6.10 实验十 有限状态机控制流水灯………………………208
6.11 实验十一 时钟及数码管驱动实验……………………209
6.12 实验十二 4×4矩阵键盘实验…………………211
课程拓展…………………………………………………212
第7章 基于FPGA的嵌入式系统开发………………………214
7.1 可编程嵌入式系统介绍……………………………215
7.1.1 基于FPGA的嵌入式系统……………………………215
7.1.2 Xilinx 公司的嵌入式解决方案 ……………………216
7.2 EDK简介…………………………………217
7.2.1 EDK介绍……………………………………217
7.2.2 EDK设计的实现流程……………………………218
7.2.3 EDK的文件管理架构………………………220
7.3 XPS 的基本操作………………………………………222
7.3.1 利用 BSB创建新工程……………………………223
7.3.2 XPS的用户界面……………………………………231
7.4 XPS的高级操作…………………………………………235
7.4.1 XPS的软件输入…………………………………235
7.4.2 XPS 工程的实现和下载………………………………239
7.5 EDK开发实例 …………………………………………244
7.5.1 DDRSDRAM控制器的工作原理 ………………………244
7.5.2 DDRSDRAM控制器的基本要求……………………245
7.5.3 DDRSDRAM控制器的 EDK 实现…………………245
本章小结………………………………………………257
课程拓展…………………………257
附录 部分实验 Verilog HDL 代码……………………259
参考文献………………………………283

刘睿强，男，副教授，重庆市中青年骨干教师。主持了教育部、财政部职业教育半导体照明技术与应用专业教学资源库子项目《光电显示技术》等3项；主研了《表面贴装与工艺实施》等4门省级精品课程、精品资源共享课程；主持了《FPGA应用技术及实践》2门校级精品课程，主讲了《EDA技术与应用实践》2门校级精品资源共享课；主持了省级《数字电子技术》在线开发课程。主持了国家教育部、财政部“十二五”规划重点课题“微电子科学与工程”职教师资素质提高计划子项目《微电子科学与工程》专业职教师资本科培养培养质量评价体系。主持、主研了重庆市教委科学技术研究项目“数值模拟射频脉冲高气压气体放电研究”等课题17项。获中国电子教育学会教学成果一等奖等7项。指导学生参加全国大学生电子设计竞赛获一等奖，全国职业院校技能大赛一等奖等各级奖项10余次。