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EDA技術與應用課后習題答案大全
《EDA技術與應用》為普通高等教育“十一五”國家級規劃教材，下面yjbys小編為大家提供的是本書的課后習題答案，希望能幫助到大家!
主要內容包括：EDA技術;電路設計仿真軟件PSpice、Muhisim8的使用方法;可編程邏輯器件的工作原理、分類及應用;硬件描述語言Verilog HDL的語法要點與設計實例;數字集成軟件Quartus n、仿真軟件ModelSim、綜合軟件SynplifyPro等的使用方法及設計流程;EDA技術綜合設計實例。 本書內容全面，注重基礎，理論聯系實際，突出實用性，并使用大量圖表說明問題，編寫簡明精煉、針對性強，設計實例都通過了編譯，設計文件和參數選擇都經過驗證，便于讀者對內容的理解和掌握。
第一章
1-1 EDA技術與ASIC設計和FPGA開發有什么關系? P3~4
答：利用EDA技術進行電子系統設計的最后目標是完成專用集成電路ASIC的設計和實現;FPGA和CPLD是實現這一途徑的主流器件。FPGA和CPLD通常也被稱為可編程專用IC，或可編程ASIC。FPGA和CPLD的應用是EDA技術有機融合軟硬件電子設計技術、SoC(片上系統)和ASIC設計，以及對自動設計與自動實現最典型的詮釋。
1-2與軟件描述語言相比，VHDL有什么特點? P6
答：編譯器將軟件程序翻譯成基于某種特定CPU的機器代碼，這種代碼僅限于這種CPU而不能移植，并且機器代碼不代表硬件結構，更不能改變CPU的硬件結構，只能被動地為其特定的硬件電路結構所利用。綜合器將VHDL程序轉化的目標是底層的電路結構網表文件，這種滿足VHDL設計程序功能描述的電路結構，不依賴于任何特定硬件環境;具有相對獨立性。綜合器在將VHDL(硬件描述語言)表達的電路功能轉化成具體的電路結構網表過程中，具有明顯的能動性和創造性，它不是機械的一一對應式的“翻譯”，而是根據設計庫、工藝庫以及預先設置的各類約束條件，選擇最優的方式完成電路結構的設計。
l-3什么是綜合?有哪些類型?綜合在電子設計自動化中的地位是什么? P5
什么是綜合? 答：在電子設計領域中綜合的概念可以表示為：將用行為和功能層次表達的電子系統轉換為低層次的便于具體實現的模塊組合裝配的過程。
有哪些類型? 答：(1)從自然語言轉換到VHDL語言算法表示，即自然語言綜合。(2)從算法表示轉換到寄存器傳輸級(RegisterTransport Level，RTL)，即從行為域到結構域的綜合，即行為綜合。(3)從RTL級表示轉換到邏輯門(包括觸發器)的表示，即邏輯綜合。(4)從邏輯門表示轉換到版圖表示(ASIC設計)，或轉換到FPGA的配置網表文件，可稱為版圖綜合或結構綜合。
綜合在電子設計自動化中的地位是什么? 答：是核心地位(見圖1-3)。綜合器具有更復雜的工作環境，綜合器在接受VHDL程序并準備對其綜合前，必須獲得與最終實現設計電路硬件特征相關的工藝庫信息，以及獲得優化綜合的諸多約束條件信息;根據工藝庫和約束條件信息，將VHDL程序轉化成電路實現的相關信息。
1-4在EDA技術中，自頂向下的設計方法的重要意義是什么? P7~10
答：在EDA技術應用中，自頂向下的設計方法，就是在整個設計流程中各設計環節逐步求精的過程。
1-5 IP在EDA技術的應用和發展中的意義是什么? P11~12
答：IP核具有規范的接口協議，良好的可移植與可測試性，為系統開發提供了可靠的保證。
第二章
2-1 敘述EDA的FPGA/CPLD設計流程。 P13~16
答：1.設計輸入(原理圖/HDL文本編輯);2.綜合;3.適配;4.時序仿真與功能仿真;5.編程下載;6.硬件測試。
2-2 IP是什么?IP與EDA技術的關系是什么? P24~26
IP是什么? 答：IP是知識產權核或知識產權模塊，用于ASIC或FPGA/CPLD中的預先設計好的電路功能模塊。
IP與EDA技術的關系是什么? 答：IP在EDA技術開發中具有十分重要的地位;與EDA技術的關系分有軟IP、固IP、硬IP：軟IP是用VHDL等硬件描述語言描述的功能塊，并不涉及用什么具體電路元件實現這些功能;軟IP通常是以硬件描述語言HDL源文件的形式出現。固IP是完成了綜合的功能塊，具有較大的設計深度，以網表文件的形式提交客戶使用。硬IP提供設計的最終階段產品：掩模。
2-3 敘述ASIC的設計方法。 P18~19
答：ASIC設計方法,按版圖結構及制造方法分有半定制(Semi-custom)和全定制(Full-custom)兩種實現方法。
全定制方法是一種基于晶體管級的，手工設計版圖的制造方法。
半定制法是一種約束性設計方式，約束的目的是簡化設計，縮短設計周期，降低設計成本，提高設計正確率。半定制法按邏輯實現的方式不同，可再分為門陣列法、標準單元法和可編程邏輯器件法。
2-4 FPGA/CPLD在ASIC設計中有什么用途? P16,18
答：FPGA/CPLD在ASIC設計中，屬于可編程ASIC的邏輯器件;使設計效率大為提高，上市的時間大為縮短。
2-5 簡述在基于FPGA/CPLD的EDA設計流程中所涉及的EDA工具，及其在整個流程中的作用。 P19~23
答：基于FPGA/CPLD的EDA設計流程中所涉及的EDA工具有：設計輸入編輯器(作用：接受不同的設計輸入表達方式，如原理圖輸入方式、狀態圖輸入方式、波形輸入方式以及HDL的文本輸入方式。);HDL綜合器(作用：HDL綜合器根據工藝庫和約束條件信息，將設計輸入編輯器提供的信息轉化為目標器件硬件結構細節的信息，并在數字電路設計技術、化簡優化算法以及計算機軟件等復雜結體進行優化處理);仿真器(作用：行為模型的表達、電子系統的建模、邏輯電路的驗證及門級系統的測試);適配器(作用：完成目標系統在器件上的布局和布線);下載器(作用：把設計結果信息下載到對應的實際器件，實現硬件設計)。
第三章
3-1 OLMC(輸出邏輯宏單元)有何功能?說明GAL是怎樣實現可編程組合電路與時序電路的。 P34~36
OLMC有何功能? 答：OLMC單元設有多種組態，可配置成專用組合輸出、專用輸入、組合輸出雙向口、寄存器輸出、寄存器輸出雙向口等。
說明GAL是怎樣實現可編程組合電路與時序電路的? 答：GAL(通用陣列邏輯器件)是通過對其中的OLMC(輸出邏輯宏單元)的編程和三種模式配置(寄存器模式、復合模式、簡單模式)，實現組合電路與時序電路設計的。
3-2 什么是基于乘積項的可編程邏輯結構? P33~34，40
答：GAL、CPLD之類都是基于乘積項的可編程結構;即包含有可編程與陣列和固定的或陣列的PAL(可編程陣列邏輯)器件構成。
3-3 什么是基于查找表的可編程邏輯結構? P40~41
答：FPGA(現場可編程門陣列)是基于查找表的可編程邏輯結構。
3-4 FPGA系列器件中的LAB有何作用? P43~45
答：FPGA(Cyclone/Cyclone II)系列器件主要由邏輯陣列塊LAB、嵌入式存儲器塊(EAB)、I/O單元、嵌入式硬件乘法器和PLL等模塊構成;其中LAB(邏輯陣列塊)由一系列相鄰的LE(邏輯單元)構成的;FPGA可編程資源主要來自邏輯陣列塊LAB。
3-5 與傳統的測試技術相比，邊界掃描技術有何優點? P47~50
答：使用BST(邊界掃描測試)規范測試，不必使用物理探針，可在器件正常工作時在系統捕獲測量的功能數據。克服傳統的外探針測試法和“針床”夾具測試法來無法對IC內部節點無法測試的難題。
3-6 解釋編程與配置這兩個概念。 P58
答：編程：基于電可擦除存儲單元的EEPROM或Flash技術。CPLD一股使用此技術進行編程。CPLD被編程后改變了電可擦除存儲單元中的信息，掉電后可保存。電可擦除編程工藝的優點是編程后信息不會因掉電而丟失，但編程次數有限，編程的速度不快。
配置：基于SRAM查找表的編程單元。編程信息是保存在SRAM中的，SRAM在掉電后編程信息立即丟失，在下次上電后，還需要重新載入編程信息。大部分FPGA采用該種編程工藝。該類器件的編程一般稱為配置。對于SRAM型FPGA來說，配置次數無限，且速度快;在加電時可隨時更改邏輯;下載信息的保密性也不如電可擦除的編程。
3-7 請參閱相關資料，并回答問題：按本章給出的歸類方式，將基于乘積項的可編程邏輯結構的PLD器件歸類為CPLD;將基于查找表的可編程邏輯結構的PLD器什歸類為FPGA，那么，APEX系列屬于什么類型PLD器件? MAX II系列又屬于什么類型的PLD器件?為什么? P54~56
答：APEX(Advanced Logic Element Matrix)系列屬于FPGA類型PLD器件;編程信息存于SRAM中。MAX II系列屬于CPLD類型的PLD器件;編程信息存于EEPROM中。
EDA技術應用于數字電子技術的實踐教學論文
近年來，電子業發展非常迅速，已成為我國一大支柱產業，而電子技術的發展一定程度上取決于數字技術的發展，伴隨大規模集成電路及可編程邏輯器件的迅速發展，針對傳統電子技術實驗教學存在的弊端，有必要對數字電子技術實踐教學進行改革，基于EDA技術的數字電子技術實驗教學改革優勢凸顯，既提高了學生實驗動手設計的實踐能力，又培養了學生的創新思維，同時提高了這門課程的教學質量，改革成果顯而易見。
1EDA技術概述
EDA（ElectronicDesignAutomation）是指以計算機作為設計平臺，綜合運用計算機技術、最新電子技術及最新智能化技術先進研究成果研制出的電子CAD通用軟件包。EDA技術先后發展經歷了三個階段，從20世紀70年代的CAD階段到80年代的CAE階段，再到90年代的EDA階段，代表著當今電子技術發展最新方向。由于所涉及內容廣泛，且內容較為豐富，所以沒有確切的定義。可以這樣理解，EDA技術是以大規模的可編程邏輯器件作為設計的載體，以硬件描述語言為系統邏輯描述為主要表達方式，基于計算機及大規模可編程邏輯器件的開發軟件及實驗系統為設計工具，通過相關的開發軟件，自動完成通過軟件設計實現電子系統到硬件系統的一門新技術。可實現邏輯編譯、化簡、分割，及邏輯綜合優化、邏輯布局布線、邏輯仿真等功能，完成針對特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射及編程下載等工作，最終形成集成電子系統或專用集成芯片。
2傳統的數字電子技術課程實踐教學的弊端
數字電子技術課程實踐教學主要分為兩部分，即實驗教學這一塊，還有課程設計與實習這一塊的內容。傳統型實驗教學環節流程一般是，先要針對實驗內容涉及用到的設備器材做準備工作，主要是各種芯片之類的，還要檢驗芯片本身是否有損壞的情況，還有各種信號連線等，以及數字系統的實驗箱等儀器設備。準備齊全后，開始實驗過程中，按照指定的線路連線圖進行連接，不斷改變輸入狀態同時記錄好相應的輸出變化，最后驗證是否與理論上相符合。傳統的課程設計環節主要包括，基于滿足總體性能指標的方案設計與選擇、實驗參數值的計算以及電路實驗的調試、參數的修改等。實驗中用到的儀器設備都有購買準備齊全，各個單元電路的調試及總體電路的調試。存在的弊端是整個實驗過程比較耗時，而且一旦某個環節出現問題，就要查找原因，還很有可能要重新設計實驗方案，設計周期較長，又要重新購買器材，浪費資源，增加成本。
3基于EDA技術的現代數字電子技術課程教學研究
現代數字電子技術實踐課程教學主要是引入EDA技術，實際上就是充分運用各種計算機軟件來仿真實驗環境。這樣在實驗準備方面，工作量大大減輕了，不用再大量準備各種芯片，也不用驗證芯片質量好壞，也不需要準備各種實驗儀器，只需要有電腦用于安裝軟件，來提供實驗仿真環境就可以了。
3.1EDA技術在實驗教學中的運用
實驗是電子線路課程教學的一個重要環節，通過實驗能加深學生對理論知識的理解和掌握，同時提高了學生的動手實踐能力，培養學生的創新思維。傳統實驗課程教學，要做大量儀器材料準備工作，耗工耗時，但可以使學生直接面對真實的對象，獲得直接的經驗。EDA軟件的優勢是可以提供上千種電子元器件盒數十種儀器儀表，可以很方便地虛擬各種電子實驗，而且只要有計算機便不受時間、場地的限制。而且虛擬實驗有精準的仿真分析方法和技術，更加有利于學生對實驗現象的觀察和實驗數據的獲得，有利于學生對電路進行別出心裁的修改，對電路的分析和測試做不同的嘗試，最終有利于實驗結論的獲得。這些都是實際硬件實驗所不具備的優勢。
3.2EDA技術在課程設計和畢業設計中的應用
課程設計和畢業設計也是數字電子技術課程教學的一個重要環節。在當前嚴峻的就業形勢下，學生在畢業設計中通過對EDA技術的運用，能明顯增強競爭力。因為目前課程設計和畢業設計工程應用類題目不少，在畢業設計中引用EDA技術，要求學生對所設計的電路進行模擬仿真調試、驗證，在答辯時候進行實際演示，可以大大提高學生動手能力和開發設計能力。數字電子技術課程是一門實驗性很強的課程，傳統實驗教學環節受到很多制約，不利于學生對該門課程的學習，引入EDA技術明顯提高課程的教學質量，同時有利于提高學生動手實踐能力和培養學生的創新意識。在課程設計和畢業設計中引入EDA技術，還大大增加了學生就業競爭力。事實證明，數字電子技術實踐教學引入EDA技術取得了一定的成果。
探究EDA 技術在數字電子技術實驗中的應用
近年來在電子信息技術的不斷創新與完善下，數字電子技術實驗教學也相繼發生著巨大的變化，逐步向創新電子實驗教學方向發展.當前，EDA 技術融合了計算機等先進的科學技術，并且在具體的電子實踐技術教學中發揮著積極作用，當代的信息技術教師在電子實驗教學活動中應該更多的重視運用EDA 技術來構建一個虛擬的實驗操作平臺，進而能夠讓學生在其營造出的虛擬實驗環境下對數字電子技術知識進行熟練地掌握，達到高效學習的目的.與此同時，EDA 技術能夠為電子實驗教學提供科學化的指導平臺，在一定程度上增強了學生的計算機應用能力、思維創新能力以及實驗操作能力，為學生日后的發展打下了堅實的基礎.
1 EAD技術的概述
EAD技術又可稱之為是電子設計自動化.它主要是以大規模的可編程邏輯器件為設計載體，以硬件描述性語言為邏輯描述的主要表達方式之一，并在實際應用中以計算機、大規模的可編程器件的開發工具軟件以及實驗開發系統為設計工具，以此來自動的完成用軟件方式描述的電子系統到硬件系統的編譯、化簡、分割、綜合及優化、布局布線和仿真等一系列的操作流程，直至完成對特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作，最終形成集成電子系統或專用集成芯片的多學科融合的新技術.但就當前的發展而言，在我國應用最多的EAD 技術軟件大多只是Protel、Quartus、Multisim、EWB以及Max-Plus等，雖然它們的實際應用特點都大同小異，但是細研究發現，它們之間還是有不一樣的地方出現.例如：Quartus主要的操作功能就是為了更快、更好的便于完善數據系統的研發;Multisim則是在具體的組合邏輯電路設計方面占有優勢.因此，在實際的應用中.應該結合具體的情況來合理的選擇應用技術.
2 EAD技術在數學電子技術實驗中的流程分析
2.1 電路特性的優化設計
電子產品自身的元器件就有最佳的容差，并且外部的環境溫度是促使電路安全運行的重要保證.但是在傳統的電路設計方法中，很難對元器件的容差以及外部的工作環境溫度進行準確的系統分析，因此所設計出的方案也就無法達到最佳效果.而在應用EAD技術中，可以運用溫度分析功能以及統計分析功能來有效的解決這些問題.在具體的實踐操作中，由于二者自身的功能可以準確的計算出元器件的最佳參數、電路結構以及與元器件相匹配的工作環境溫度，通過這樣的方式，不僅可以快速的優化電子工程設計方案，還能有效的保障使用產品的質量.
2.2 設計輸入
在傳統的電子技術實驗課堂教學中，一般的教學流程包括硬件、搭試、調試以及焊接等，在模擬環境下所出現的問題，都影響著實際教學的效果.因此，針對這一現象，教師們要在實踐教學中為學生們營造出良好的實驗教學環境，要求教師在實驗教學活動中積極地構建出EDA 技術虛擬電子實驗教學平臺，并結合著實驗的具體環節和應用項目，在設計教學活動時，建立一個以VHDL形式的文本和原理圖文本，將其輸入模式發送到虛擬電子實驗平臺上，及時的利用EDA 技術軟件系統對VHDL文本的形式進行綜合處理，并在具體的操作中將邏輯極線路圖換作為門級電路形式.在一系列的轉換后，最終通過時序分析文件以及網表信息文件等方式展現出來，進而便于學生在實驗數據的研究中能夠進行系統化的分析，提升電子技術實驗的教學成效。
2.3 各模塊構建的分析
電子技術實驗平臺上的實驗仿真功效主要包含了項目信息采集、項目基礎教學、實驗結果處理以及虛擬實驗四大部分.通過電子技術實驗的相關技術要求，要讓學生在實驗操作前，進行基礎知識的儲備學習，在上機操作演練前，結合實驗的具體要求，選擇合適的EDA 技術應用軟件工具，進而對在實驗中總結出的圖表、實驗數據、程序代碼以及仿真曲線等進行相應的分析和匯總，完成相應的實驗任務，及時的將匯總信息上傳至服務器，便于日后的查詢.另外，在基礎學習任務中，其實驗教程主要包含了信息軟件程序語言學習、EDA 技術普及與運用、實驗理論知識的基礎掌握、實驗儀器操作的說明等課程內容.在實際的教學中，通常用到的EDA 技術應用模塊分析.其結構性較為嚴謹，在實際的應用中能夠提高此項技術的應用效率.值得一提的是在電子技術實驗中經常使用的EDA 技術工具包括以下幾個：QuarhzsII、Matlab、Prote1等，而在電子實驗中課程教學中采用最多的編程語言是VHDL語言.除此之外通過其內部的局域網絡還能夠下載關鍵的系統技術，能夠在學習中為學生們理清設計思路，在運用該技術進行實際的數字實驗設計案例時，有利于學生們深入地了解電子系統知識，在很大的程度上能夠提升其設計能力。
2.4 綜合分析
綜合分析主要是通過利用EDA 技術軟件對電子實驗呈現出綜合器環境，與VHDL技術應用軟件有著緊密的聯系.EDA 技術軟件以及相應的硬件電路對于實現其轉化具有著重要的實踐意義.基于上述的流程概述，能夠在有效的完成源文件的基礎上進行合理的綜合分析.這主要是因為EDA 技術在不斷地應用過程中，需要對大量FPGA 工藝上的系統產品做出分析與判斷.因此，綜合分析后所產生出的結果會與系統硬件之間有著密切的關聯.在運用EDA 技術進行分析應用時，能夠在運行期間促使邏輯優化的形成，以此來產生出相應的有實際關聯的網表信息文件.
2.5 適配以及布線布局的分析
在進行完綜合分析環節后，通過應用CPLD 布線適配器將綜合后的網表信息文件對某一具體的實驗器件進行專業的邏輯映射操作，在進行文本以及圖形編輯器時可通過仿真技術以及VHDL綜合器對所得數據進行優化和分析，以能夠形成詳細、利用率較高的圖表文件，便于后期工作和教學.其具體操作內容主要涉及到邏輯分割、優化、布線布局等流程，并針對流程步驟進行相應的適配工作，在適配完畢后，則會立即出現時序仿真時用到的下載表格和網表信息文件.CPLD 布線適配器的適配布線布局。
2.6 仿真技術
在上述所有流程工序完成后，進行下一步的編程下載環節，此過程是電子技術實驗中較為重要的一部分，在具體操作中需注意以下內容：利用EDA技術軟件工具對在電子技術實驗中適配生成后的結果進行詳細的信息檢測，也就是俗稱的仿真工作.這一實驗環節是進行EDA 設計的一道重要的設計工序，在具體的EDA 設計中，其時序和功能門級仿真技術一般是通過EDA 技術軟件應用來實現的，它主要實現了仿真測試的兩種功能，一種是功能仿真，一種是時序仿真.仿真技術的具體應用,可以對功能仿真和時序仿真進行分析.其一，功能仿真，也就是在實驗設計中具體的用來描述設計當中邏輯相關功能的仿真，通過這種描述能展現出更為清晰的系統最終功能，辨別出是否與設計方案相一致，但在具體的實踐中，存在著一些弊端，就是在實驗仿真的過程中，并沒有結合實驗器件的具體特性，進而導致出現一些錯誤的仿真結論，影響實驗效果.其二，時序仿真就是在適配任務結束后所產生的網表信息文件展開的仿真.這種仿真會在一定條件下實現仿真模擬測試，在實際的測試運行中還會與真實的電子實驗器件在運行模式下的特性相匹配.時序仿真在具體的實踐中充分的結合了電子實驗器件自身的獨具特性，因此其仿真效果達到了較高的精準度。
3 結束語
綜上所述，EDA 技術在電子技術實驗教學研究中有著十分重要的影響，在具體的電子技術實驗中應用EDA 技術，結合其自身的特點，將其合理的對數字電子技術實驗進行仿真模擬，并根據具體的實驗情況，營造一個數字電子技術實驗虛擬平臺，這不僅為電子技術實驗開創出具有較高實踐性的實驗環境，同時也是電子技術實驗模式的一種創新.并且在數字電子實驗中應用EDA 技術，能夠在實驗中為學生直觀的呈現出傳統電路設計中出現的問題，使學生快速的將新技術、新方法上升到實驗階段，增強學生知識的掌握度以及實踐創新能力，從而全面提升電子技術實驗質量.
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