基于國產(chǎn)軟硬件系統(tǒng)的實(shí)驗教學(xué)FPGA仿真工具設(shè)計

王建新，肖超恩，張磊，孫猛，韓英，許弘可

（北京電子科技學(xué)院電子與通信工程系，北京 100070）

0 引言

目前，我國高等教育正處于內(nèi)涵發(fā)展的關(guān)鍵時期和全面提高人才培養(yǎng)能力、建設(shè)教育強(qiáng)國的關(guān)鍵階段［1-2］。實(shí)驗教學(xué)應(yīng)著力于新工科建設(shè)與發(fā)展，在EDA領(lǐng)域，如何提高相關(guān)仿真工具軟件的自主化程度，提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，是我們面臨的一個重要問題［3-4］。

可編程門陣列（Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA）可通過編程方式組合成任意數(shù)字電路，廣泛應(yīng)用于電子、通信、計算機(jī)、人工智能等領(lǐng)域。FPGA 作為專用集成電路領(lǐng)域中的一種半定制電路，既解決了定制電路功能單一，又克服了通用處理器計算效率低下的問題。硬件描述語言將硬件設(shè)計軟件化，軟件設(shè)計虛擬化，以大規(guī)模可編程邏輯器件為設(shè)計載體，以軟件設(shè)計為基礎(chǔ)，結(jié)合仿真綜合，完成對FPGA芯片的編譯、布局布線、邏輯映射和下載工作［5-6］。

目前，F(xiàn)PGA 集成開發(fā)工具在Windows 操作系統(tǒng)（某些Linux操作系統(tǒng)）和X86 平臺下能夠完美運(yùn)行，其集成開發(fā)工具主要包括：國外的Quartus Ⅱ、Vivado、Diamond等；國產(chǎn)FPGA 開發(fā)工具主要包括：Pango、TangDynasty、云源軟件、HqFpga、FX 伏羲軟件、Supra軟件等［7-8］。

在代碼仿真方面，主要軟件包括：Modelsim、NCVerilog、NC-VHDL、NC-SIM等付費(fèi)軟件［9-10］，目前不支持國產(chǎn)操作系統(tǒng)及國產(chǎn)CPU，主要用于大型芯片或設(shè)備開發(fā)、生產(chǎn)測試環(huán)境，且使用受限，授權(quán)價格昂貴，在高校FPGA實(shí)驗教學(xué)環(huán)境建設(shè)和國產(chǎn)化方面存在一定問題。為便于實(shí)驗教學(xué)，基于Linux 操作系統(tǒng)下的開源軟件開發(fā)工具Gambas設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了基于國產(chǎn)操作系統(tǒng)和國產(chǎn)CPU的FPGA 仿真工具EasyVerilog，針對……