vhdl基础复习题(3)

2020-04-03 11:44

d) 在Altera公司生产的器件中,MAX7000系列属FPGA结构。 58、进程中的变量赋值语句,其变量更新是_________。A a) 立即完成; b) 按顺序完成; c) 在进程的最后完成; 都不对。

59、VHDL语言是一种结构化设计语言;一个设计实体(电路模块)包括实体

与结构体两部分,结构体描述___________。D a) 器件外部特性; b) 器件的综合约束;

c) 器件外部特性与内部功能; d) 器件的内部功能。

60、不完整的IF语句,其综合结果可实现________。A

A. 时序逻辑电路 C. 双向电路 A. Max+Plus II B. ModelSim C. Quartus II Synplify

62、 进程中的信号赋值语句,其信号更新是___C____。 a) 按顺序完成; b) 比变量更快完成; c) 在进程的最后完成;

都不对。 五、简答题

1、简述元件例化语句的作用,组成及格式。

答:把已经设计好的设计实体称为一个元件或一个模块,它可以被高层次的设计引用。引用时就会用到元件声明和元件例化语句。二者缺一不可。

1)元件声明 COMPONENT 元件实体名 PORT (元件端口信息); END COMPONENT; 2)元件例化

例化名:元件名 PORT MAP (端口列表)

B. 组合逻辑电路 D. 三态控制电路

61、下列EDA软件中,哪一个不具有逻辑综合功能:________。B

2、简述VHDL的程序结构

答:

1)USE定义区 2)PACKAGE定义区 3)ENTITY定义区

4)ARCHITECTURE定义区 5)CONFIGURATION定义区

3、写出ENTITY定义区的命令格式,并叙述它的作用是什么?

答:格式: ENTITY 实体名 IS PORT(端口表);

END [ENTITY] 实体名;

实体说明作用:用来描述电路器件的外部情况及各信号端口的基本性质。 4、写出ARCHITECTURE定义区的命令格式,并叙述它的作用是什么?

答:格式: ARCHITECTURE 结构体名 OF 实体名 IS [说明语句;] [BEGIN 并行语句;]

END [ARCHITECTURE] [结构体名];

作用:通过若干并行语句来描述设计实体的逻辑功能(行为描述)或内部电路结构(结构描述),从而建立设计实体输出与输入之间的关系。 5、VHDL子程序有什么作用?它有哪两种方式?

答:子程序(Subprograms)作用:由一组顺序语句组成,是为了在程序中重复使用而设立的。VHDL中的子程序包括过程(PROCEDURE)和函数(FUNCTION)等两类

6、 简述 CPLD的结构。

答:CPLD的基本结构由可编程逻辑阵列(LAB)、可编程I/O控制模块和可编程内部连线(PIA)等三部分组成。

1.可编程逻辑阵列(LAB)

可编程逻辑阵列又若干个可编程逻辑宏单元(Logic Macro Cell,LMC)组成, LMC内部主要包括与阵列、或阵列、可编程触发器和多路选择器等电路,能独立地配置为时序或组合工作方式。

2.可编程I/O单元(IOC)

CPLD的I/O单元(Input/Output Cell,IOC),是内部信号到I/O引脚的接口部分。根据器件和功能的不同,各种器件的结构也不相同。由于阵列型器件通常只有少数几个专用输入端,大部分端口均为I/O端,而且系统的输入信号通常需要锁存。因此I/O常作为一个独立单元来处理。

3.可编程内部连线(PIA)

可编程内部连线的作用是在各逻辑宏单元之间以及逻辑宏单元和I/O单元之间提供互连网络。各逻辑宏单元通过可编程连线阵列接收来自输入端的信号,并将宏单元的信号送目的地。这种互连机制有很大的灵活性,它允许在不影响引脚分配的情况下改变内部的设计。 7、 PLD有那几种编程技术?

答:(1)熔丝(Fuse)和反熔丝(Anti-fuse)编程技术

熔丝编程技术是用熔丝作为开关元件,这些开关元件平时(在未编程时)处于连通状态,加电编程时,在不需要连接处将熔丝熔断,保留在器件内的熔丝模式决定相应器件的逻辑功能。

反熔丝编程技术也称熔通编程技术,这类器件是用逆熔丝作为开关元件。这些开关元件在未编程时处于开路状态,编程时,在需要连接处的逆熔丝开关元件两端加上编程电压,逆熔丝将由高阻抗变为低阻抗,实现两点间的连接,编程后器件内的反熔丝模式决定了相应器件的逻辑功能。

(2)浮栅型电可写紫外线擦除编程技术

浮栅管相当于一个电子开关,加电写入,电压脉冲消除后,浮栅上的带电粒子可以长期保留;当浮栅管受到紫外光照射时,擦除所记忆的信息,而为重新编程做好准备。

(3)浮栅型电可写电擦除编程技(E2PROM)

编程和擦除都是通过在漏极和控制栅极上加入一定幅度和极性的电脉冲来实现,可由用户在“现场”用编程器来完成。

(4)SRAM编程技术

与浮栅型熔丝结构基本相同。SRAM编程技术是在FPGA器件中采用的主要编程工艺之一。SRAM型的FPGA是易失性的,断电后其内部编程数据(构造代码)将丢失,需在外部配接ROM存放FPGA的编程数据。

8、什么是边界扫描技术?其原理是什么?

答:边界扫描测试技术(Boundary Scan Testing,BST),主要用于解决可编程逻辑器件芯片的测试问题。

这种测试可在器件正常工作时捕获功能数据。器件的边界扫描单元能够迫使逻辑追踪引脚信号,或是从引脚或器件核心逻辑信号中捕获数据。强行加入的测试数据串行地移入边界扫描单元,捕获的数据串行移出并在器件外部同预期的结果进行比较。

标准的边界扫描测试只需要五根信号线,即TDI(测试数据输入)、TDO(测试数据输出)、、TRST(测试复位输入)TMS(测试模式选择)和TCK(测试时钟输入),TRST能够对电路板上所有支持边界扫描的芯片内部逻辑和边界管脚进行测试。应用边界扫描技术能够增强芯片、电路板甚至系统的可测试性。 9、 简述 FPGA的结构。

答:FPGA由可编程逻辑块(CLB)、输入/输出模块(IOB)及可编程互连资源(PIR)等三种可编程电路和一个SRAM结构的配置存储单元组成。 1.可编程逻辑块(CLB)

CLB主要由逻辑函数发生器、触发器、数据选择器等电路组成。 2.输入/输出模块(IOB)

IOB主要由输入触发器、输入缓冲器和输出触发/锁存器、输出缓冲器组成,每个IOB控制一个引脚,它们可被配置为输入、输出或双向I/O功能。

3.可编程互连资源(PIR)

PIR由许多金属线段构成,这些金属线段带有可编程开关,通过自动布线实现各种电路的连接。实现FPGA内部的CLB和CLB之间、CLB和IOB之间的连接。

10、 设计时怎样选择CPLD和 FPGA器件?

答:从以下几个方面进行选择: 1.逻辑单元

CPLD中的逻辑单元是大单元,通常其变量数约20~28个。FPGA逻辑单元是小单元,其输入变量数通常只有几个,

2.内部互连资源与连线结构

FPGA单元小、互连关系复杂,所以使用的互连方式较多。CPLD不采用分段互连方式,它使用的是集总总线。

3.编程工艺

CPLD属于只读(ROM)型编程,可以反复编程,但它们一经编程,片内逻辑就被固定,如果数据改变就要进行重新擦写。FPGA芯片采用RAM型编程,功耗低,但掉电后信息不能保存,必须与存储器联用。每次上电时须先对芯片配置,然后方可使用。

4.规模

逻辑电路在中小规模范围内,选用CPLD价格较便宜,能直接用于系统。对于大规模的逻辑设计,则多采用FPGA.

5.FPGA和CPLD封装形式的选择

FPGA和CPLD器件的封装形式很多。同一型号的器件可以多种不同的封装。 11、 数字系统的设计有哪几个步骤?

答:数字系统设计过程可分为以下几个设计步骤:系统设计、芯片设计、电路设计、PCB设计、结构设计及电路调试和系统调试。

(1)系统设计

系统设计是数字系统设计的最高层次。系统设计主要任务是将设计要求转换为明确的、可实现的功能和技术指标,确定可行的技术方案,且在系统一级(顶层)进行功能和技术指标的描述。这类描述一般通过文字来表示就可以,不会用VHDL来描述。

(2)电路设计

电路设计主要是确定实现系统功能的算法和电路形式,在电路级对系统的功能进行描述。在传统的采用分立元件及中、小规模集成电路进行逻辑设计时,往往采用传统的手工设计方法。所需的元器件种类多、数目大;调试复杂,难于修改;设计无灵活性可言。这里基于FPGA/ CPLD数字系统的电路设计和传统电路设计方法有本质的区别,只是层次化设计理念一样。

(3)芯片设计

通过对芯片的设计与编程,实现电路设计所确定的算法和电路形式。即设计ASIC。芯片级的基本组成是处理器、存储器、各种接口、时序控制器等。设计


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