eda技術(shù)與應(yīng)用試題及答案一、選擇題（每題3分，共30分）1.以下哪種語言不屬于EDA常用的硬件描述語言？（）A.VHDLB.VerilogHDLC.C++D.SystemVerilog答案：C。C++是一種通用的高級(jí)編程語言，主要用于軟件開發(fā)，并非EDA常用的硬件描述語言。VHDL、VerilogHDL和SystemVerilog都廣泛應(yīng)用于EDA領(lǐng)域進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)描述。2.EDA技術(shù)中，綜合的主要功能是（）。A.把高級(jí)語言轉(zhuǎn)換為門級(jí)電路網(wǎng)表B.對設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真驗(yàn)證C.將設(shè)計(jì)下載到硬件平臺(tái)D.對設(shè)計(jì)進(jìn)行布局布線答案：A。綜合是將高級(jí)的硬件描述語言（如VHDL、VerilogHDL）描述的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為門級(jí)電路網(wǎng)表的過程。選項(xiàng)B仿真驗(yàn)證是在綜合前后分別進(jìn)行功能仿真和時(shí)序仿真；選項(xiàng)C將設(shè)計(jì)下載到硬件平臺(tái)是編程配置的過程；選項(xiàng)D布局布線是在綜合之后對門級(jí)網(wǎng)表進(jìn)行物理實(shí)現(xiàn)的步驟。3.在Verilog中，下面哪個(gè)關(guān)鍵字用于定義模塊？（）A.moduleB.beginC.endD.always答案：A。在Verilog中，使用“module”關(guān)鍵字來定義一個(gè)模塊，模塊是Verilog設(shè)計(jì)的基本單元?！癰egin”和“end”通常用于組合語句塊的界定；“always”用于定義時(shí)序邏輯或組合邏輯的執(zhí)行塊。4.以下哪種器件不屬于可編程邏輯器件？（）A.FPGAB.CPLDC.ASICD.GAL答案：C。ASIC（專用集成電路）是為特定應(yīng)用而定制的集成電路，它不是可編程邏輯器件。FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）、CPLD（復(fù)雜可編程邏輯器件）和GAL（通用陣列邏輯）都屬于可編程邏輯器件，可以通過編程來實(shí)現(xiàn)不同的邏輯功能。5.在VHDL中，信號(hào)賦值語句“s<=aandb;”的執(zhí)行特點(diǎn)是（）。A.立即執(zhí)行B.按順序執(zhí)行C.有延遲執(zhí)行D.并行執(zhí)行答案：C。在VHDL中，信號(hào)賦值語句有一定的延遲，不會(huì)立即更新信號(hào)的值。當(dāng)賦值語句被執(zhí)行時(shí)，新的值會(huì)在一個(gè)延遲時(shí)間后才賦給信號(hào)。而變量賦值是立即執(zhí)行的。6.下列關(guān)于EDA設(shè)計(jì)流程的描述，正確的順序是（）。A.設(shè)計(jì)輸入->綜合->仿真驗(yàn)證->布局布線->編程配置B.設(shè)計(jì)輸入->仿真驗(yàn)證->綜合->布局布線->編程配置C.設(shè)計(jì)輸入->布局布線->綜合->仿真驗(yàn)證->編程配置D.設(shè)計(jì)輸入->編程配置->綜合->仿真驗(yàn)證->布局布線答案：A。正確的EDA設(shè)計(jì)流程是先進(jìn)行設(shè)計(jì)輸入，將設(shè)計(jì)意圖用硬件描述語言或原理圖等方式表達(dá)出來；然后進(jìn)行綜合，將高級(jí)描述轉(zhuǎn)換為門級(jí)網(wǎng)表；接著進(jìn)行仿真驗(yàn)證，確保設(shè)計(jì)功能正確；之后進(jìn)行布局布線，將網(wǎng)表映射到具體的硬件資源上；最后進(jìn)行編程配置，將設(shè)計(jì)下載到硬件平臺(tái)。7.Verilog中，“always@(posedgeclk)”語句塊用于描述（）。A.組合邏輯B.異步邏輯C.同步時(shí)序邏輯D.并行邏輯答案：C?！癮lways@(posedgeclk)”表示該語句塊在時(shí)鐘信號(hào)“clk”的上升沿觸發(fā)執(zhí)行，常用于描述同步時(shí)序邏輯電路，如寄存器、計(jì)數(shù)器等。組合邏輯通常使用“always@()”來描述。8.在FPGA設(shè)計(jì)中，時(shí)鐘管理模塊（PLL或DCM）的主要作用是（）。A.產(chǎn)生不同頻率和相位的時(shí)鐘信號(hào)B.提高FPGA的工作速度C.減少FPGA的功耗D.增加FPGA的邏輯資源答案：A。時(shí)鐘管理模塊（如PLL鎖相環(huán)或DCM數(shù)字時(shí)鐘管理器）的主要作用是產(chǎn)生不同頻率、不同相位的時(shí)鐘信號(hào)，以滿足設(shè)計(jì)中不同模塊對時(shí)鐘的要求。雖然合適的時(shí)鐘管理可能對提高工作速度和降低功耗有一定幫助，但這不是其主要作用，它也不會(huì)增加FPGA的邏輯資源。9.VHDL中，實(shí)體（entity）部分主要用于定義（）。A.模塊的內(nèi)部邏輯B.模塊的端口信息C.模塊的信號(hào)賦值D.模塊的進(jìn)程答案：B。在VHDL中，實(shí)體部分用于定義模塊的端口信息，包括端口的名稱、方向（輸入、輸出等）和數(shù)據(jù)類型。模塊的內(nèi)部邏輯、信號(hào)賦值和進(jìn)程等是在結(jié)構(gòu)體（architecture）中定義的。10.以下哪種仿真類型主要用于驗(yàn)證設(shè)計(jì)的功能是否正確，不考慮信號(hào)的延遲？（）A.功能仿真B.時(shí)序仿真C.后仿真D.門級(jí)仿真答案：A。功能仿真主要是驗(yàn)證設(shè)計(jì)的功能是否正確，在仿真過程中不考慮信號(hào)的延遲，只關(guān)注邏輯功能的實(shí)現(xiàn)。時(shí)序仿真、后仿真和門級(jí)仿真都需要考慮信號(hào)的延遲，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)在實(shí)際硬件中的時(shí)序性能。二、填空題（每題3分，共30分）1.EDA是（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）的縮寫，它是利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件來完成大規(guī)模集成電路的設(shè)計(jì)、仿真、驗(yàn)證等工作。2.Verilog中，數(shù)據(jù)類型“reg”通常用于描述（時(shí)序邏輯）電路中的存儲(chǔ)元件，如觸發(fā)器。3.在VHDL中，用于定義常量的關(guān)鍵字是（constant）。4.FPGA的配置方式主要有（主動(dòng)配置）和（被動(dòng)配置）兩種，其中主動(dòng)配置是指FPGA主動(dòng)從外部存儲(chǔ)設(shè)備讀取配置數(shù)據(jù)。5.EDA設(shè)計(jì)中，常用的仿真工具有（ModelSim）（列舉一個(gè)即可）。6.Verilog中，“assign”語句用于描述（組合邏輯），它是一種連續(xù)賦值語句。7.VHDL中，進(jìn)程（process）語句是一種（順序）執(zhí)行的語句結(jié)構(gòu)，但進(jìn)程之間是（并行）執(zhí)行的。8.CPLD主要由（可編程邏輯宏單元）、（可編程互連資源）和（輸入輸出單元）三部分組成。9.在FPGA設(shè)計(jì)中，為了提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，通常會(huì)采用（同步設(shè)計(jì)）的方法，即所有的邏輯操作都在統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)控制下進(jìn)行。10.EDA設(shè)計(jì)流程中，（布局布線）步驟是將綜合后的網(wǎng)表映射到具體的硬件資源上，并確定各個(gè)邏輯單元的物理位置和互連方式。三、簡答題（每題10分，共20分）1.簡述Verilog和VHDL兩種硬件描述語言的主要特點(diǎn)和適用場景。答案：Verilog特點(diǎn)：語法簡潔，類似于C語言，容易上手，學(xué)習(xí)成本相對較低。對硬件電路的行為級(jí)和結(jié)構(gòu)級(jí)描述都很方便，在描述數(shù)字電路的邏輯功能和電路結(jié)構(gòu)方面具有較高的靈活性。廣泛應(yīng)用于ASIC和FPGA設(shè)計(jì)中，尤其在工業(yè)界，Verilog的使用更為普遍。VHDL特點(diǎn)：語法嚴(yán)謹(jǐn)，具有很強(qiáng)的可讀性和可維護(hù)性，適合大型復(fù)雜設(shè)計(jì)的開發(fā)。有豐富的庫和數(shù)據(jù)類型，對設(shè)計(jì)的層次化和模塊化支持較好。在高校教育和科研領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，常用于教學(xué)和研究項(xiàng)目。適用場景：Verilog適用于需要快速實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、對設(shè)計(jì)效率要求較高的項(xiàng)目，以及對C語言有一定基礎(chǔ)的工程師進(jìn)行設(shè)計(jì)。VHDL適用于大型、復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)，需要強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)的規(guī)范性和可維護(hù)性的項(xiàng)目，以及教育和科研領(lǐng)域。2.說明EDA設(shè)計(jì)中功能仿真和時(shí)序仿真的區(qū)別。答案：功能仿真：目的：主要驗(yàn)證設(shè)計(jì)的邏輯功能是否正確，不考慮信號(hào)在實(shí)際電路中的傳輸延遲。仿真模型：使用設(shè)計(jì)的RTL（寄存器傳輸級(jí)）描述或行為級(jí)描述作為仿真模型，重點(diǎn)關(guān)注設(shè)計(jì)的功能實(shí)現(xiàn)。仿真時(shí)間：仿真速度較快，因?yàn)椴恍枰紤]復(fù)雜的時(shí)序信息。作用：在設(shè)計(jì)的早期階段進(jìn)行功能仿真，可以快速發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的邏輯錯(cuò)誤，提高設(shè)計(jì)效率。時(shí)序仿真：目的：驗(yàn)證設(shè)計(jì)在實(shí)際硬件中的時(shí)序性能，考慮信號(hào)在邏輯門、布線等環(huán)節(jié)的傳輸延遲。仿真模型：使用綜合后的網(wǎng)表和布局布線后的物理信息作為仿真模型，更接近實(shí)際硬件的工作情況。仿真時(shí)間：仿真速度較慢，因?yàn)樾枰幚泶罅康臅r(shí)序信息和延遲數(shù)據(jù)。作用：在設(shè)計(jì)的后期階段進(jìn)行時(shí)序仿真，確保設(shè)計(jì)在實(shí)際硬件中能夠正常工作，避免出現(xiàn)時(shí)序違規(guī)等問題。四、編程題（每題10分，共20分）1.用Verilog編寫一個(gè)4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，要求在時(shí)鐘信號(hào)“clk”的上升沿觸發(fā)計(jì)數(shù)，復(fù)位信號(hào)“rst”為高電平時(shí)計(jì)數(shù)器清零。```verilogmodulecounter_4bit(inputwireclk,inputwirerst,outputreg[3:0]count);always@(posedgeclkorposedgerst)beginif(rst)begincount<=4'b0000;endelsebegincount<=count+1;endendendmodule```答案解釋：定義了一個(gè)名為“counter_4bit”的模塊，包含時(shí)鐘信號(hào)“clk”、復(fù)位信號(hào)“rst”和4位計(jì)數(shù)器輸出“count”。使用“always@(posedgeclkorposedgerst)”語句塊，在時(shí)鐘上升沿或復(fù)位信號(hào)為高電平時(shí)觸發(fā)。當(dāng)復(fù)位信號(hào)“rst”為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器“count”清零；否則，計(jì)數(shù)器加1。2.用VHDL編寫一個(gè)2選1多路選擇器，輸入信號(hào)為“a”和“b”，選擇信號(hào)為“sel”，輸出信號(hào)為“y”。```vhdllibraryIEEE;useIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;entitymux_2to1isPort(a:inSTD_LOGIC;b:inSTD_LOGIC;sel:inSTD_LOGIC;y:outSTD_LOGIC);endmux_2to1;architectureBehavioralofmux_2to1isbeginy<=awhensel='0'elseb;endBeh