基于fpga和eda硬件教学实验的设计与开发

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1、天津大学硕士学位论文基于FPGA和EDA硬件教学实验的设计与开发姓名：郑常胼申请学位级别：硕士专业：计算机系统结构指导教师：车明20070501中文摘要在数字系统设计中，与传统的硬件设计方法比较，使用FPGA技术有效率高、开发速度快、可以重复利用、修改和升级方便、可用于快速原型实现、成本较低等优势。随着数字系统的大规模化，传统的设计方法和设计工具已经不可行，必须使用EDA技术，同样FPGA的设计开发也依赖于相应的EDA技术，FPGA和EDA技术相结合的设计方法将是数字系统设计的主流。就硬件教学实验而言，传统的硬

2、件教学实验平台普遍存在着可靠性差、灵活性差、内容滞后等问题。基于FPGA和EDA技术的实验平台可以克服这些缺点，同时还有大量的知识产权(IP，IntellectualProperty)核可以使用，可以设计各种灵活多变的实验。因此设计基于FPGA和EDA的硬件教学实验有着重要的意义。根据由简及难的实验教学原则，本文设计了一套硬件教学实验，实验包括三个部分：FPGA设计流程与简单门逻辑，通过一个只包含与门、或门和异或门的简单逻辑电路实验来叙述XilinxFPGA在ISE中的设计流程；复杂逻辑模块——设计一个简易的A

3、LU，通过几个数字电路中常见的逻辑模块如加法器、逻辑运算器、移位器的设计实验熟悉数字逻辑电路基本模块的设计方法，并通过最后的综合设计实验将这些模块集成为一个简易ALU；微控制器软IP核PieoBlaze的嵌入式应用，介绍微控制器内核独特的设计技术并按照软内核的设计步骤依次进行外围控制电路设计、汇编程序设计和最后的系统集成实验。整个实验体系涵盖了数字逻辑电路验证和设计、FPGA设计流程和嵌入式软核PicoBlaze微控制器的应用；从基础的门逻辑的验证，EDA工具的使用；到加法器、逻辑运算器、移位器、简易ALU等复

4、杂逻辑模块的设计以及硬件描述语言Verilog和VHDL的使用，到IP内核PieoBiaze微控制器的应用。详细叙述各个实验的流程、设计原理、实现技术、关键注意点，为每个示例实验设计源文件并在开发板上实际验证。关键字：FPGA硬件教学实验EDAPicoBlazeABSTRACTComparewithtraditionhardwaredesignmethod。whenUSeFPGAindigitalsystemdesign．therearealotofadvantages：e衢cient,reusable，eas

5、ytoreviseandescalate，lOWCOSt．Inaddition，FPGAalsocanuseforfieetprototyperealization．Withthegrowingofdigitalsystemscale．thetraditionaldesignmethodsanddesigntoolsarenotfeasibleandEDAtechnologymustbeusedinintegmtedcircuitsdesign．ThedevelopmentofFPGAalsodependsOi

6、lthecorrespondingEDAtechnology．Insummary,thedesignmodewhichcombinesFPGAandEDAtechnologyshouldbethemainstreamfordigitalsystemdesigninfuture．AsfarashardwareteachingexperimentiSconcerned．thetraditionalhardwareteachingexperimentplatformhasmanydefects：lowreliabil

7、ity，poorflexibility，laggarcontentandSOon．TheplatformbasedontheFPGAandEDAtechnologycanovercomethesedefects，andtherearea10tofIPcoresCallbeused．Therefore．thedesignofthehardwareteachingexperimentbasedonFPGAandEDAshouldbeofgreatsignificance．Accordingtoexperimentt

8、eachingprinciple．thispaperdesignsaset0fexperimentsofhardwaredesignwhichincludethreeparts：FPGAdesignflowandbasicgatelogic；complicatedlogicmoduleandsimpleALU；theapplicationofembeddedsoftIPCOrePico