《FPGA設計與應用》課程教學大綱

《FPGA設計與應用》教學大綱一、課程基本信息課程名稱FPGA設計與應用FPGADesignandApplication課程編碼OSI220221020開課院部海洋與空間信息學院課程團隊通信系統(tǒng)組學分2.0課內(nèi)學時32講授32實驗0上機0實踐0課外學時32適用專業(yè)通信工程授課語言中文先修課程模擬電子技術(shù)、程序設計（C/C++）、數(shù)字系統(tǒng)設計課程簡介（限選）本課程是通信工程專業(yè)選修課程，培養(yǎng)學生基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)的設計和工程實踐能力。通過本課程的學習，使學生掌握EDA技術(shù)概念、數(shù)字系統(tǒng)設計方法，可編程芯片PLD的基本原理、硬件描述語言（VerilogHDL）的硬件設計方法。能熟練運用EDA的主流開發(fā)工具Quartusprime和modelsim，熟悉集成開發(fā)環(huán)境下的FPGA設計、仿真與驗證，具有基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)協(xié)同設計的工程能力。Thiscourseisanelectivecourseforcommunicationengineeringmajor,whichtrainsstudents'designandengineeringpracticeabilityofembeddedsystembasedonFPGA.Throughthestudyofthiscourse,studentscanmasterEDATechnologyconcept,digitalsystemdesignmethod,basicprincipleofprogrammablechipPLDandhardwaredesignmethodofVerilogHDL.AbletoskillfullyuseEDA'smainstreamdevelopmenttoolsQuartusprimeandmodelsim,familiarwithFPGAdesign,simulationandverificationundertheintegrateddevelopmentenvironment,andhavetheengineeringabilityofembeddedsystemcollaborativedesignbasedonFPGA.負責人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標序號代號課程目標OBE畢業(yè)要求指標點任務自選1M1目標1：能掌握數(shù)字系統(tǒng)設計方法和FPGA設計流程，用于電路模塊和系統(tǒng)的設計是3.13.12M2目標2：能針對具體的組合邏輯或時序邏輯電路模塊，進行功能分析和Verilog設計實現(xiàn)是3.23.23M3目標3：能掌握FPGA開發(fā)的EDA工具的使用方法，能認識到每種工具的局限性是5.15.1三、課程內(nèi)容序號章節(jié)號標題課程內(nèi)容/重難點支撐課程目標課內(nèi)學時教學方式課外學時課外環(huán)節(jié)1第1章第1章EDA技術(shù)概述本章重點難點：EDA概念、SOC、SOPC、全定制和半定制、PLD原理和分類、TOP-Down、IP及IP復用、綜合、適配和下載////21.11.1EDA和IC技術(shù)概述IC定義、集成電路IC實現(xiàn)流程、IC產(chǎn)業(yè)鏈；EDA基本概念、發(fā)展和應用，EDA工具和廠商M11講授1自學31.21.2PLD器件PLD的原理和分類，F(xiàn)PGA和CPLD的結(jié)構(gòu)和特性M11講授1自學41.31.3數(shù)字系統(tǒng)設計方法Bottom-UP、Top-Down、IP復用、SOC和SOPCM11講授1自學51.41.4數(shù)字系統(tǒng)設計流程數(shù)字系統(tǒng)輸入、綜合、適配、仿真和下載M11講授1自學6第2章EDA工具本章重點難點：QuartusPrime工程建立和管理、基于文本、原理圖和IP的設計，modelsim仿真，Iverilog工程調(diào)試和仿真////72.12.1Quartusprime使用方法Quartusprime工程建立，基于文本、原理圖和IP的設計，綜合、編程下載M31操作演示2視頻自學82.22.2Modelsim使用方法Modelsim仿真，quartusprime和modelsim聯(lián)合仿真M30.5操作演示1視頻自學92.32.3iverilog使用方法iverilog和gtkwave編譯和仿真M30.5操作演示1視頻自學10第3章第三章VerilogHDL語法本章重點難點：常量格式、變量和數(shù)據(jù)類型、過程語句和敏感列表，并行塊和順序塊，阻塞與非阻塞賦值、函數(shù)和任務////113.13.1verilog概述和模板veirlog發(fā)展和標準，verilog語言演進，verilog模塊的模板M21講授1自學123.23.2verilog基礎語法關(guān)鍵詞、常量、變量、數(shù)據(jù)類型，參數(shù)、向量和標量M22講授2自學133.33.3verilog運算符算數(shù)、邏輯、位、關(guān)系、等式、位、移位、條件、拼接運算符M22講授2自學143.43.4行為語句always、initial過程語句，塊語句和賦值語句、條件語句、分支語句、循環(huán)語句、函數(shù)和任務M22講授4自學153.53.5組合電路設計加法器、數(shù)據(jù)選擇器、編碼和譯碼電路，指令譯碼電路、裁判電路、乘法器M22講授4自學163.63.6時序電路設計二進制計數(shù)器、BCD計數(shù)器、移位寄存器M22講授4自學17第4章第四章測試與仿真平臺...本章重點難點：系統(tǒng)任務、系統(tǒng)函數(shù)、延時模型、測試平臺////184.14.1系統(tǒng)任務與函數(shù)仿真概念、顯示函數(shù)、時間函數(shù)、控制函數(shù)、隨機函數(shù)、讀寫文件M21講授1自學194.24.2延遲模型與測試平臺延遲模型、測試模塊、波形描述M21講授1自學204.34.3測試與仿真實例信號波形描述、組合電路和時序電路仿真M22講授2自學21第5章Verilog綜合設計技術(shù)本章重點難點：混合描述、狀態(tài)機、流流水線、資源共享////225.15.1verilog設計風格和層次結(jié)構(gòu)、過程和數(shù)據(jù)流描述、文本和圖形描述，混合描述M21講授2自學235.25.2狀態(tài)機設計摩爾型、米里型狀態(tài)機，三段式、兩段式和一段式設計，狀態(tài)編碼M22講授2自學245.35.3流水線技術(shù)流水線概念和原理、2/4級流水線設計M22講授2自學255.45.4資源共享、進程、阻塞和非阻塞資源共享的原則和方法、過程內(nèi)和過程間的并發(fā)、進程概念、阻塞與非阻塞M22講授2自學26第6章第6章SOPC技術(shù)本章重點難點：sopc概念、NIOSII軟核處理器，sopc開發(fā)流程////276.16.1SOPC技術(shù)概述SOPC設計工具、流程和構(gòu)成M1,M32講授2自學286.26.2基于NiosII的SOPC設計NIosII介紹、總線、HALM24演示、講授2自學四、考核方式序號考核環(huán)節(jié)操作細節(jié)總評占比1日常表現(xiàn)（1）課后作業(yè)（2）利用手機端程序，進行課前、課堂隨時推送測試題目，讓學生參與回答20%2章節(jié)測試每章結(jié)束，在線測試30%3期末考試綜合考試50%五、評分細則序號課程目標考核環(huán)節(jié)大致占比評分等級1M1日常表現(xiàn)30%參見程序設計評分標準2M1章節(jié)測試30%參見測試評分標準3M2章節(jié)測試50%參見測試評分標準4M2期末考試50%參見考試評分標準5M3日常表現(xiàn)100%參見程序設計評分標準6M1期末考試40%參見考試評分標準評分等級說明：六、教材與參考資料序號教