FPGA设计与EDA技术：习题与解答解析

"2019年FPGA习题集及参考答案包含了FPGA和EDA技术的相关知识，涉及设计流程、工具、IP核、系统集成、硬件描述语言(HDL)、仿真以及FPGA配置存储器结构等多个方面。" 在电子设计自动化(EDA)领域，FPGA（Field-Programmable Gate Array）和CPLD（Complex Programmable Logic Device）的设计通常包括多个步骤。正确的设计顺序是从原理图或HDL文本输入开始，接着是功能仿真以验证设计的逻辑功能，然后是综合过程，即将HDL代码转化为逻辑门级表示。接下来是适配，即根据目标器件的资源进行布局布线，编程下载将生成的配置数据写入FPGA，最后是硬件测试，确保设计在实际硬件上正常工作。 EDA工具中，布局布线软件负责在目标器件上安排逻辑元素和互连资源。设计输入完成后，需要进行预处理检查，确保设计符合语法规范。基于HDL的数字系统设计通常采用行为设计法，其中最常用的硬件描述语言有VHDL和Verilog HDL。将HDL代码转化为硬件电路的过程称为逻辑综合。IP核（ Intellectual Property core）是预先设计好的可重用电路模块，按照实现形式可以分为硬核、固核和软核，分别对应于ASIC、ASIC前段逻辑和可配置逻辑。SOC（System on Chip）系统集成了多种功能单元，SOPC（System on a Programmable Chip）是基于FPGA的SOC系统。 在EDA软件工具中，一般包括设计输入编辑器、综合器、适配器、编程器和仿真器。HDL仿真按照描述级别的不同，可以分为行为仿真、寄存器传输级仿真、门级仿真。系统仿真则包括功能仿真、时序仿真和功耗仿真。语法仿真仅检查HDL代码的语法正确性，逻辑仿真验证基本逻辑功能，而时序仿真考虑了实际的延迟，更接近真实情况。 Xilinx公司的FPGA主要采用SRAM（Static Random-Access Memory）配置存储器结构，这意味着每次系统上电都需要重新加载配置数据。测试工程的描述通常包含在激励向量模块中。现代EDA采用的是自顶向下或者自底向上的设计方法。有限状态机分为Moore状态机和Mealy状态机，前者输出只依赖当前状态，后者则同时依赖当前状态和输入。Verilog HDL的端口类型包括input、output和inout。其常用的数据类型包括reg和wire。FPGA的灵活性和可编程性使其成为现代电子系统设计中不可或缺的一部分。