VHDL與微機(jī)接口設(shè)計(jì)（趙世霞）

　　本書是在教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上編寫的，主要目的是通過具體的實(shí)例來學(xué)習(xí)VHDL語言，并掌握微機(jī)接口電路的設(shè)計(jì)方法。本書的內(nèi)容分為3部分：第1部分是VHDL語言基礎(chǔ)，介紹了VHDL語言的數(shù)據(jù)類型、基本語句、程序結(jié)構(gòu)；第2部分是基于VHDL語言的微機(jī)接口電路設(shè)計(jì)，以常用的微機(jī)接口電路為例講述了電路設(shè)計(jì)的方法，可以為設(shè)計(jì)大型復(fù)雜電路打下基礎(chǔ)：第3部分是設(shè)計(jì)工具的使用，以ALtera公司的MAX+plusⅡ?yàn)槔敿?xì)地講述了軟件的安裝與使用，以圖解的方式給出了詳細(xì)的步驟和操作方法。本書可以作為電子、計(jì)算機(jī)類大學(xué)生的實(shí)踐類課程教學(xué)用書，也可作為各類電子技術(shù)人員的學(xué)習(xí)參現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的進(jìn)步，掌握VHDL語言和計(jì)算機(jī)接口技術(shù)，使用EDA設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)是電子類的大學(xué)生應(yīng)具備的基本技能。微機(jī)接口是各大學(xué)普遍開設(shè)的計(jì)算機(jī)技術(shù)課程，但是我們的教學(xué)實(shí)驗(yàn)大部分是采用專用芯片，在內(nèi)容和形式上基本是固定的。現(xiàn)在包括計(jì)算機(jī)在內(nèi)的電子系統(tǒng)正朝著片上系統(tǒng)SoC（systemonchip）發(fā)展，為適應(yīng)這種新的發(fā)展趨勢，課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)需要更新，實(shí)驗(yàn)的手段也要有比較大的改觀。VHDL語言是面向硬件描述對象的語言，只有結(jié)合硬件設(shè)計(jì)對象來學(xué)習(xí)，才能更好地理解和掌握它，因此在學(xué)習(xí)方式上應(yīng)與其他的高級語言有所不同，必須要面對硬件設(shè)計(jì)的實(shí)體。編寫此書的目的是將VHDL語言的學(xué)習(xí)和微機(jī)接口的設(shè)計(jì)緊密地結(jié)合起來，在學(xué)習(xí)硬件描述語言VHDL的基礎(chǔ)上，可親自動(dòng)手設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)際的微機(jī)接口芯片。從程序設(shè)計(jì)、仿真模擬、系統(tǒng)綜合優(yōu)化，目標(biāo)電路代碼裝載到可編程芯片中，直至最后連接到微機(jī)總線上編寫接口程序進(jìn)行調(diào)試。這是一個(gè)綜合多方面知識(shí)，融會(huì)貫通的全過程訓(xùn)練，可提高學(xué)習(xí)硬件的興趣和信心。本書是在教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上編寫的，書中的實(shí)例都經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)。通過一段時(shí)間的教學(xué)實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)一種新的語言對于大多數(shù)學(xué)生難度都不會(huì)太大，但是對于設(shè)計(jì)并調(diào)試一個(gè)實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)來說，有相當(dāng)一部分同學(xué)開始時(shí)都感到困惑和迷茫。因此，類似采用EDA設(shè)計(jì)的這種教學(xué)實(shí)驗(yàn)，我們必須要給學(xué)生開設(shè)，但一定要有針對性，實(shí)驗(yàn)也不能設(shè)計(jì)得太大或太繁雜。要讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)，能夠得到一個(gè)完整的成果，而不是半成品或中間件，這樣將有利于激發(fā)學(xué)習(xí)欲望。從開始心里沒有底到逐步相信自己，一直到最后完成作品，每一步都有一種成功的喜悅。經(jīng)過教學(xué)嘗試，我們還認(rèn)為，VHDL語言與微機(jī)接口設(shè)計(jì)結(jié)合起來是合適的，難度適中，也可以促進(jìn)學(xué)生對微機(jī)接口的學(xué)習(xí)更深入，不僅了解接口芯片外部的使用特性，而且更加清楚接口芯片內(nèi)部的工作原理。在老師的指導(dǎo)下，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性和綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，從而達(dá)到從驗(yàn)證學(xué)習(xí)到研究型的轉(zhuǎn)變，課程教學(xué)從以教師為主體到以學(xué)生為主體的轉(zhuǎn)變。在學(xué)習(xí)VHDL基本語法和程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，利用本書和現(xiàn)有的微機(jī)接口實(shí)驗(yàn)裝置，可以開設(shè)基于VHDL設(shè)計(jì)的各種微機(jī)接口實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)可利用各學(xué)?，F(xiàn)有的微機(jī)接口實(shí)驗(yàn)裝置，不需要增加太大的投資。例如，我們就是利用原有的清華大學(xué)科教儀器廠的TPC-H實(shí)驗(yàn)裝置，另外再配上一塊FPGA的實(shí)驗(yàn)板，給學(xué)生開設(shè)實(shí)驗(yàn)的。在此特別感謝參加“SRT項(xiàng)目”和“工程實(shí)踐”的同學(xué)耿云川、陳殘和鄒軼等所做的工作。本書的內(nèi)容有些是通過設(shè)計(jì)實(shí)踐后總結(jié)出來的，也有的是經(jīng)過摸索而得到的（例如該軟件在不同操作系統(tǒng)的平臺(tái)下裝載芯片要安裝配置文件的問題），將其介紹給大家，希望在學(xué)習(xí)時(shí)少走些彎路。由于作者水平所限，本書在編寫的過程中若有任何錯(cuò)漏，懇請廣大讀者批評指正。作者24年5月于清華大學(xué)

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