EDA模拟试题.doc

一、选择题：（20分）
1． 下列是EDA技术应用时波及的环节：
A. 原理图/HDL文本输入; B. 适配; C. 时序仿真; D. 编程下载; E. 硬件测试; F. 综合
请选择合适的项构成基于EDA软件的FPGA / CPLD设计流程：
A → ___F___ → ___B__ → ____C___ → D → ___E____
2． PLD的可编程重要基于A. LUT构造 或者 B. 乘积项构造：
请指出下列两种可编程逻辑基于的可编程构造：
FPGA 基于 ____A_____
CPLD 基于 ____B_____
3． 在状态机的详细实现时，往往需要针对详细的器件类型来选择合适的状态机编码。
对于A. FPGA B. CPLD 两类器件：
一位热码 状态机编码方式 适合于 ____A____ 器件；
次序编码 状态机编码方式 适合于 ____B____ 器件；
4． 下列优化措施中那两种是速度优化措施：____B__、__D__
A. 资源共享 B. 流水线 C. 串行化 D. 关键途径优化
单项选择题：
5． 综合是EDA设计流程的关键环节，综合就是把抽象设计层次中的一种表达转化成另一种表达的过程；在下面对综合的描述中，___D___是错误的。
A. 综合就是将电路的高级语言转化成低级的，可与FPGA / CPLD的基本构造相映射的网表文献；
B. 为实现系统的速度、面积、性能的规定，需要对综合加以约束，称为综合约束；
C. 综合可理解为，将软件描述与给定的硬件构造用电路网表文献表达的映射过程，并且这种映射关系不是唯一的。
D. 综合是纯软件的转换过程，与器件硬件构造无关；

6． 嵌套的IF语句，其综合成果可实现___D___。
A. 条件相与的逻辑
B. 条件相或的逻辑
C. 条件相异或的逻辑
D. 三态控制电路
7． 在一种VHDL设计中Idata是一种信号，数据类型为std_logic_vector，试指出下面那个赋值语句是错误的。D
A. idata <= “00001111”;
B. idata <= b”0000_1111”;
C. idata <= X”AB”;
D. idata <= B”21”;
8． 在VHDL语言中，下列对时钟边缘检测描述中，错误的是__D___。
A. if clk’event and clk = ‘1’ then
B. if falling_edge(clk) then
C. if clk’event and clk = ‘0’ then
D.if clk’stable and not clk = ‘1’ then
9． 请指出Altera Cyclone系列中的EP1C6Q240C8这个器件是属于__C___
A. ROM B. CPLD C. FPGA D.GAL
二、EDA名词解释，（10分）
写出下列缩写的中文（或者英文）含义：
1. ASIC 专用集成电路
2. FPGA 现场可编程门阵列
3. CPLD 复杂可编程逻辑器件
4. EDA 电子设计自动化
5. IP 知识产权核
6. SOC 单芯片系统
简要解释JTAG，指出JTAG的用途
JTAG，joint test action group，联合测试行动小组的简称，又意指其提出的一种硬件测试原则，常用于器件测试、编程下载和配置等操作
三、VHDL程序填空：（10分）
下面程序是参数可定制带计数使能异步复位计数器的VHDL描述，试补充完整。
-- N-bit Up Counter with Load, Count Enable, and
-- Asynchronous Reset
library ieee;
use IEEE.std_logic_1164.all;
use IEEE.std_logic_unsigned.all;
use IEEE.std_logic_arith.all;

entity counter_n is
generic (width : integer := 8);
port(data : in std_logic_vector (width-1 downto 0);
load, en, clk, rst : in std_logic;
q : out std_logic_vector (width - 1 downto 0));
end counter_n;

architecture behave of counter_n is
signal count : std_logic_vector (width-1 downto 0);
begin
process(clk, rst)
begin
if rst = '1' then
count <= (others => ‘0’); ―― 清零
elsif clk’event and clk = ‘1’ then ―― 边缘检测
if load = '1' then
count <= data;
elsif en = '1' then
count <= count + 1;
end if;
end if;
end process;
q <= count;
end behave;

四、VHDL程序改错：（10分）
仔细阅读下列程序，回答问题

LIBRARY IEEE; -- 1
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; -- 2
ENTITY LED7SEG IS -- 3
PORT ( A : IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); -- 4
CLK : IN STD_LOGIC; -- 5
LED7S : OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0)); -- 6
END LED7SEG; -- 7
ARCHITECTURE one OF LED7SEG IS -- 8
SIGNAL TMP : STD_LOGIC; -- 9
BEGIN -- 10
SYNC : PROCESS(CLK, A) -- 11
BEGIN -- 12
IF CLK'EVENT AND CLK = '1' THEN -- 13
TMP <= A; -- 14
END IF; -- 15
END PROCESS; -- 16
OUTLED : PROCESS(TMP) -- 17
BEGIN -- 18
CASE TMP IS -- 19
WHEN "0000" => LED7S <= "0111111"; -- 20
WHEN "0001" => LED7S <= "0000110"; -- 21
WHEN "0010" => LED7S <= "1011011"; -- 22
WHEN "0011" => LED7S <= "1001111"; -- 23
WHEN "0100" => LED7S < "1100110"; -- 24
WHEN "0101" => LED7S <= "1101101"; -- 25
WHEN "0110" => LED7S <= "1111101"; -- 26
WHEN "0111" => LED7S <= "0000111"; -- 27
WHEN "1000" => LED7S <= "1111111"; -- 28
WHEN "1001" => LED7S <= "1101111"; -- 29
END CASE; -- 30
END PROCESS; -- 31
END one;
1．在程序中存在两处错误，试指出，并阐明理由：
在MAX+PlusII中编译时，提醒的错误为：
Error: Line 14: File f:\upload\eda\maxplusii\my_proj\s8_5\led7seg.vhd: Type error: type in waveform element must be "std_ulogic"
Error: Line 19: File f:\upload\eda\maxplusii\my_proj\s8_5\led7seg.vhd: VHDL syntax error: expected choices in case statement
14行，TMP和A矢量位宽不一致
19行，CASE语句缺乏WHEN OTHERS语句处理剩余条件

2．修改对应行的程序（假如是缺乏语句请指出大体的行数）：
错误1 行号： 9 程序改为：SIGNAL TMP : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
错误2 行号： 29 程序改为：这行后添加 when others => null;

五、阅读下列VHDL程序，画出对应ＲＴＬ图：（10分）
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
ENTITY three IS
PORT
(
clk,d : IN STD_LOGIC;
dout : OUT STD_LOGIC );
END;
ARCHITECTURE bhv OF three IS
SIGNAL tmp: STD_LOGIC;
BEGIN
P1: PROCESS(clk)
BEGIN
IF rising_edge(clk) THEN
Tmp <= d;
dout <= tmp;
END IF;
END PROCESS P1;
END bhv;

六、写VHDL程序：（20分）
1. 数据选择器MUX,其系统模块图和功能表如下图所示。试采用下面四种方式中的两种来描述该数据选择器MUX的构造体。

　(a) 用if语句。 　(b) 用case 语句。 (c) 用when else 语句。 (d) 用with select 语句。

Library ieee;
Use ieee.std_logic_1164.all;

Entity mymux is
Port ( sel : in std_logic_vector(1 downto 0); -- 选择信号输入
Ain, Bin : in std_logic_vector(1 downto 0); -- 数据输入
Cout : out std_logic_vector(1 downto 0) );
End mymux;
Architecture one of mymux is
Begin
Process (sel, ain, bin)
Begin
If sel = “00” then cout <= ain or bin;
Elsif sel = “01” then cout <= ain xor bin;
Elsif sel = “10” then cout <= ain and bin;
Else cout <= ain nor bin;
End if;
End process;
End one;
Architecture two of mymux is
Begin
Process (sel, ain, bin)
Begin
Case sel is
when “00” => cout <= ain or bin;
when “01” => cout <= ain xor bin;
when “10” => cout <= ain and bin;
when others => cout <= ain nor bin;
End case;
End process;
End two;
2. 看下面原理图，写出对应VHDL描述

Library ieee;
Use ieee.std_logic_1164.all;
Entity mycir is
Port (ain , bin , clk : in std_logic;
Cout : out std_logic);
End mycir;
Architecture one of mycir is
Signal tb, tc;
begin
Process (clk) begin
If clk’event and clk = ‘1’ then
tb <= bin;
end if;
End process;
Process (clk, tc) begin
If clk = ‘1’ then cout <= tc;end if;
End process;
Tc <= ain xor tb;
End one;

七、综合题（20分）
用VHDL设计两层升降平台控制器
图a是一种两层的升降平台示意图，一层和二层各有一种按钮用来呼喊升降机。

图a 两层升降平台示意图
对应图a的升降平台控制器，拟用VHDL语言设计一种电路模拟其控制逻辑，图b为该VHDL电路的设计模块图。

图b 两层升降平台控制器设计模块图
图b中的cnt100模块用来控制升降台开关门延时，elev2为升降平台状态控制器。升降台闸门由打开到关闭或由关闭到打开时，elev2模块向cnt100模块输出一种en计数使能信号（高电平有效）。cnt100模块计数溢出（≥100）时cnt100输出cout信号为高电平，同步cnt100计数停止。
cnt100模块的实体描述如下所示：
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITY CNT100 IS
PORT ( CLK EN : IN STD_LOGIC; -- 时钟、使能信号
COUT : OUT STD_LOGIC ); -- 溢出信号
END CNT100;

问题1，请完毕cnt100模块的VHDL设计（实体部分已给出，不用写），参照的仿真波形如图c所示。

图c cnt100仿真波形图
Architecture one of cnt100 is
Begin
Process (clk, en)
Variable q : std_logic_vector (7 downto 0);
Begin
If en = ‘0’ then q := (others => ‘0’);
Elsif clk’event and clk = ‘1’ then q := q + 1;
End if;
If q < “01100100” then cout <= ‘0’;
Else cout <= ‘1’;
End if;
End process;
End one;

问题2，如下是elev2模块的VHDL描述：
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
entity elev2 is
port ( clk, rst : in std_logic; -- 时钟、复位信号

cout : in std_logic; -- 定期溢出信号
call : in std_logic_vector(2 downto 1); -- 呼喊信号
arr : in std_logic_vector(2 downto 1); -- 抵达信号
door : out std_logic; -- 门控信号，低电平开门
up : out std_logic; -- 上升信号
down : out std_logic; -- 下降信号
en : out std_logic); -- 延时计数清零、使能信号
end elev2
architecture behav of elev2 is
constant CL1 : std_logic_vector(2 downto 0) := "000";-- 一楼关门
constant OP1 : std_logic_vector(2 downto 0) := "100";-- 一楼开门
constant UP1 : std_logic_vector(2 downto 0) := "010";-- 一楼上升
constant DN2 : std_logic_vector(2 downto 0) := "001";-- 二楼下降
constant CL2 : std_logic_vector(2 downto 0) := "011";-- 二楼关门
constant OP2 : std_logic_vector(2 downto 0) := "111";-- 二楼开门
signal control : std_logic_vector(2 downto 0); -- 状态控制信号
begin
door <= not control(2); up <= control(1); down <= control(0);
process (clk, rst, arr, call)
variable ven : std_logic;
begin
if rst = '1' then control <= CL1;
elsif clk'event and clk = '1' then
case control is
when CL1 => if cout = '1' then -- 关门已完毕
if call(1) = '1' then control <= OP1; en <= '0';
elsif call(2) = '1' then control <= UP1; en <= '1';
else control <= CL1; en <= '1'; end if;
else control <= CL1; en <= '1'; end if;
when OP1 => if cout = '1' then -- 开门已完毕
if call(1) = '1' then control <= OP1; en <= '1';
else control <= CL1; en <= '0'; end if;
else control <= OP1; en <= '1'; end if;
when UP1 => if arr(2) '1' then control <= CL2;
else control <= UP1; end if;
when DN2 => if arr(1) = '1' then control <= CL1;
else control <= DN2; end if;
when CL2 => if cout = '1' then -- 关门已完毕
if call(2) = '1' then control <= OP2; en <= '0';
elsif call(1) = '1' then control <= DN2; en <= '1';
else control <= CL2; en <= '1'; end if;
else control <= CL2; en <= '1'; end if;
when OP2 => if cout = '1' then -- 开门已完毕
if call(2) = '1' then control <= OP2; en <= '1';
else control <= CL2; en <= '0'; end if;
else control <= OP2; en <= '1'; end if;
when others => if arr(10 = ‘1’ then control <= CL1;
else control <= CL2;end if;
end case;
end if;
end process; end behav;

请根据elev2的VHDL描述画出其状态迁移图。

问题3，根据图b所示升降平台模块图，写出升降平台控制器ELEV_TOP的VHDL顶层描述：
Library ieee;
Use ieee.std_logic_1164.all;
Entity elev is
Port (clk, rst : in std_logic;
Call, arr : in std_logic_vector(2 downto 1);
Door, up, down : out std_logic );
End elev;
Architecture one of elev is
component CNT100
PORT ( CLK, EN : IN STD_LOGIC; -- 时钟、使能信号
COUT : OUT STD_LOGIC ); -- 溢出信号
END component;
component elev2 is
port ( clk, rst : in std_logic; -- 时钟、复位信号
cout : in std_logic; -- 定期溢出信号
call : in std_logic_vector(2 downto 1); -- 呼喊信号
arr : in std_logic_vector(2 downto 1); -- 抵达信号
door : out std_logic; -- 门控信号，低电平开门
up : out std_logic; -- 上升信号
down : out std_logic; -- 下降信号
en : out std_logic); -- 延时计数清零、使能信号
end component;
signal ena, cout : std_logic;
begin
u1 : cnt100 port map (clk, ena, cout);
u2 : elev2 port map (clk, rst, cout, call, arr, door, up, down, ena);
end one;