模块化EDA/SOP实验系统
发布时间：2015-12-21浏览次数：1365返回列表
清华大学许忠信教授对于此书参评级规划教材的评语是
“由潘松教授主编、科学出版社出版的<
《EDA技术实用教程》有两个版本，VHDL版和VerilogHDL版。图中显示的是第4版的画面，但作者推荐选用第5版。第5版教材于今年5月出版。《EDA技术实用教程》的特色是：1）注重实践、实用和创新能力的培养。除在各章中安排了许多习题外，大部分章节都安排了许多针对性强的实验与设计项目，使学生对每一章的课堂教学内容和教学效果能及时通过实验得以消化和强化。并尽可能地从学习一开始就有机会将理论知识与实践及设计紧密联系起来。这些项目涉及的技术领域宽，知识涉猎密集、针对性强，而且创新意识的启示性好。与示例一样，所有的实验项目都通过了EDA工具的仿真测试并通过FPGA平台的硬件验证。每一个实验项目除给出详细的实验目的、原理和报告要求外，都含多个子任务，通常分为：层次实验任务是与该章某个阐述内容相关的验证性实验；第二层次实验任务是要求在上一实验基础上做一些改进和发挥；第三层次的实验通常是提出设计的要求和任务；在更高的实验任务层次则在仅给出一些提示的情况下提出创新性设计的要求。
2）的教学模式成就速成。根据硬件描述语言的特点，摒弃流行的计算机语言的教学模式，而以电子线路设计为基点，采用了基于情景和工作过程的教学模式，从实例的介绍中引出HDL语句语法内容及深入浅出的教学流程，同时安排了大量对HDL学习有针对性的示例和实验项目，使读者能尽早进入数字系统工程设计经验的积累和能力提高阶段，并能通过这些面向实际的实践和实验活动，快速深化对HDL的理解，并掌握对应的设计技巧。
3）更加强调实践性。此教材的结构特点决定了授课课时数可十分灵活，视具体的专业特点、课程定位及学习者的前期教育力度等因素而定，大致在20至50学时之间选择。为了有效倍增学生的实践和设计的时间，教材建议借鉴清华大学的一项教改措施，即其电子系本科生从一入学就人手获得一块FPGA实验开发板。这是因为EDA技术本身就是一个可把全部实验和设计带回家的课程。使他们能利用自己的计算机在课余时间完成设计项目，强化学习效果。
相比于前面4版，第五版的更为明显：1）语法的情景法描述更为直观，示例更为典型，结构更完整；2）对于工程设计十分重要的状态机应用一章有了更多的点睛之处，而在之后还增加了一章基于状态机的16位CPU详细设计的内容，将状态机的应用引向深入。特别是还加入了CPU创新设计竞赛项目和指导；3）鉴于Altera已将Quartus II 10.0及此后版本的软件中曾经一贯内置的门级波形仿真器移除了，并推荐使用接口于Quartus II的ModelSim仿真器，第五版针对Test Bench仿真，增加了ModelSim-Altera的使用方法；4）增加的另一章是介绍单片机与FPGA接口技术，及基于单片机IP核的FPGA片上系统开发的内容，这对电子设计竞赛培训很有用；5）删去了不太合适的实验项目和原来的SOPC内容(拟推相关教材)。
一、模块化EDA/SOPC实验与创新设计综合实验系统
由于以上介绍的4教材中大量的实验和设计项目涉及许多不同类型的，可自由增减的扩展模块，主系统平台上有许多标准接口。以其为核心，对于不同的实验设计项目，可接插上对应的接口模块。如VGA/PS2模块、TFT数字彩色液晶模块、USB模块、宽位数据输入输出模块、SD卡模块、点阵液晶模块、各类存储器模块、各类A/D与D/A模块及各类键盘模块等；这些模块可以是现成的，也可以根据主系统平台的标准接口和创新要求由教师或学生自行开发。
通常，诸如EDA技术、计算机组成与设计、微机原理与接口技术、单片机技术等传统实验平台多数是整体结构型的，虽也可完成多种类型实验，但由于整体结构不可变动，实验项目和类型是预先设定和固定的，很难有发挥的余地，对于学生的创新思想与创新设计如果与实验系统的结构不吻合，便无法在此平台上获得验证；同样，教师若有新的创实验项目，也无法及时融入实验系统供学生发挥。因此此类平台不具备可持续拓展的潜力，也没有随需要更新和升级的能力。特别是针对EDA/SOPC的创新实验，涉及的设计项目更多，结构变化更大，系统更复杂，完全不可能预知后设计出的创新项目应该包含哪些功能结构和接口模块。显然，多模块自由组合结构给出了的解决方案。
不难理解，模块自由组合型创新设计综合实验系统，已成为高校目前十分流行的实践平台
以下向用户推荐几款从低到高实验系统，所配置的模块以序号来代替，或用户根据需要自行配置▲ 现代数字电路与数字系统设计实验、基础EDA实验、针对VHDL/Verilog语言学习的实验与设计；
▲ EDA与SOPC创新设计实验与相关科研开发项目、大学生电子设计竞赛培训项目（注意，由于标准模块结构上的一般性，以及可以脱离主系统平台现成系统，因此模块可以直接用作电子竞赛的作品参加评审）；
▲ 基于计算机原理与组织实验与设计，包括8位/16位CISC和RISC流水线型 CPU的设计、实现与测试；
▲ 基于32位Nios II嵌入式处理器和Qsys开发环境的SOPC实验与开发；
▲ 基于Open RISC 1200系列的32位RISC处理器嵌入式SOC系统实验与开发；
▲ 基于微机原理与接口技术的8088/8086 IP核的微机SOC系统，以及8253定时器IP核、8237 DMA IP核、8259中断控制IP核、8255可编程I/O IP核和8250 UART串行通信IP等核构建的单片FPGA SOC微机系统；此FPGA内部SRAM中含BIOS启动ROM、显示缓存、PS2缓存等；能启动MS-DOS操作系统和Windows操作系统，在VGA显示器上用PS2键盘和鼠标完成所有DOS和部分Windows命令及运行各种基于命令行的传统软件与视窗软件；单片机与FPGA接口实验与设计；基于8051单片机IP核的SOC片上系统设计系列实验等。
○ 基本软件：1）Quartus II 9.0/12.0；2）ModelSim；3）Synplify；4）IDE；5）8051单片机IP核；6）8088/8086 CPU IP核；7）8088/8086微机系统接口模块IP核：8253核、8237核、8259核、8255IP核和8250等IP核；8）Nios II；
一、基本平台 编号A
☆此平台多可同时插12 块模块板。
☆ KX_USB-Blaster2型双功能编程器：(1)USB-Blaster编程下载功能(支持AS、PS、JTAG模式):1、对FPGA/CPLD进行配置或编程；2、对配置器件EPCSx编程；3、访问和编辑FPGA内部RAM；4、调试Nios2，完成SOPC设计；5、支持SignalTapII 嵌入式逻辑分析仪。
(2)USB到UART串行通信转换：1、通过USB与FPGA串行通信，实现PC与FPGA的串行通信，且无需RS232电平转换；2、通过USB与单片机的串行通信，实现PC与通用单片机的UART串行通信；3、通过USB
对STC等系列单片机进行直接编程开发，无需电平转换。
☆ ByteBlasterMV编程器一个（可对isp单片机编程）。
☆ 5功能智能逻辑笔：可显示高电平、低电平、中电平、高阻态、脉冲信号。注意有“高阻态”测试功能。
☆ 的标准时钟频率20个。20MHZ-0.5HZ。
☆ 电源有自动保护的+5V，+12V、-12V、、+3.3V、2.5V+、1.2V。
☆ 8个LED放光二级管，8个乒乓开关，扬声器。
☆ DDS信号输出口及幅度、偏移调谐。
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编号:B2、FPGA模块二
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Cyclone III FPGA EP3C40Q240，约300万门、4锁相环，120万RAM bit，4万LCs，16M Flash EPCS16，超宽超高锁相环输出频率1300MHz至2kHz，22对LVDS差分通道，252个9X9bit数字乘法器等，板上还有3032 CPLD、16M EPCS16 Flash、32M SDRAM。提供多种IP核：32位NiosII核、20MHz有源晶振等。
FPGA板包含 8051/52 IP核。提供商业级全兼容MCS-51单片机IP核。利用此核，实验者可以实现传统单片机实验系统无法达到的SOC(片上系统)设计。即将单片机CPU、RAM、ROM以及其它各类接口电路模块设计在同一片FPGA中。此类技术对于对于面向高新技术企业的就业十分必要。 8088、8086 CPU IP核。 825 IP核模块；825 IP核(I/O接口)；8253/8254 IP核(定时器)；8250 IP核(UART串行通信)；8237 IP核(DMA控制器)；8259 IP核(可编程中断控制器)，以及基于FPGA的RAM/ROM核、锁相环核等。这些IP核与8088CPU核相结合就能在单片FPGA中构成一个微机系统，从而学习到实用的SOC设计工程技术。FPGA中的8088核与MCS-31单片机核及其中的各种模块和核都能与以下各模块结合，实现不同类型的实验开发。
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编号:C5、可重构型DDS全数字函数信号发生器模块
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全数字型DDS函数信号发生器模块，含FPGA、单片机、超高速DAC、高速运放等。既可用作全数字型DDS函数信号发生器，同时也可作为EDA/DSP系统及专业级DDS函数信号发生器设计开发平台。作为DDS函数发生器的功能主要包括：等精度频率计，全程扫频信号源（扫速、步进频宽、扫描方式等可数控），移相信号发生，里萨如图信号发生，方波/三角波/锯齿波和任意波形发生器，以及AM、PM、FM、FSK、ASK、FPK等各类调制信号发生器。
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| 编号:C6、MCS-51单片机模块 |
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可对AT89S51、AT89S52、AT89S8253等单片机进行实验开发，可对不同模块进行编程控制（配STC89S51）。可通过康芯提供的双功能下载器USB-RS232，即USB转串口对单片机（P3.0和P3.1）编程，这种方式更方便
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