山 东 轻 工 业 学 院毕 业 设 计 （ 论 文 ） 开 题 报 告课 题 名 称 基 于 FPGA 的 音 乐 盒 的 设 计课 题 类 型 工 程 设 计 Y 导 师 姓 名学 生 姓 名 学 号 200602031077 专 业 班 级 电 子一 、 选 题 依 据1、 目 的 及 意 义音 乐 盒 悠 扬 的 乐 声 ， 经 常 勾 起 人 们 对 美 好 往 事 的 回 忆 ， 甚 至 魂 牵 梦 萦 ， 坠 入时 光 岁 月 的 追 忆 中 。 300 多 年 来 席 卷 全 球 市 场 的 机 械 音 乐 盒 的 最 大 魅 力 ， 也 许 就 在于 它 能 将 抽 象 的 音 乐 ， 凝 固 成 具 象 的 艺 术 品 。 成 为 人 们 表 达 美 好 情 感 ， 追 思 逝 去岁 月 的 最 佳 选 择 吧 ！机 械 音 乐 盒 的 发 展 史 ， 可 追 溯 至 14 世 纪 初 期 ， 所 发 明 挂 在 教 堂 钟 楼 上 的 排 钟 ,这 种 用 发 条 装 置 来 演 奏 的 乐 器 ， 能 发 出 清 脆 如 水 晶 般 的 乐 声 ， 一 度 风 靡 荷 兰 ， 比利 时 和 法 国 北 部 。 1811 年 以 来 ， 瑞 士 曾 经 是 这 项 技 艺 的 中 心 ， 它 和 瑞 士 钟 表 工 业一 样 ， 两 者 相 辅 相 成 ， 一 段 时 间 名 领 风 骚 ， 称 霸 全 球 。二 战 以 后 ， 美 国 的 大 兵 将 精 致 的 音 乐 盒 带 至 日 本 ， 给 这 个 正 处 在 战 争 之 后 ，阵 痛 呻 吟 中 的 民 族 以 很 大 的 抚 慰 ， 日 本 的 技 术 人 员 借 鉴 了 瑞 士 的 制 造 技 术 ， 并 作了 进 一 步 的 更 新 ， 使 得 音 乐 盒 的 造 价 在 当 时 降 低 了 很 多 ， 并 提 高 了 产 量 ， 这 正 如日 本 的 钟 表 工 业 在 战 后 迅 速 崛 起 一 样 ， 日 本 制 造 的 精 致 音 乐 盒 ， 在 全 球 范 围 内 ，打 败 了 位 于 瑞 士 侏 罗 山 区 的 众 多 厂 商 ， 并 且 逐 渐 形 成 以 瑞 士 的 Regue 和 日 本 的 Sankyo， 称 霸 全 球 音 乐 盒 市 场 二 足 鼎 立 的 格 局 。这 种 情 况 ， 一 直 延 续 至 二 十 世 纪 九 十 年 代 ， 随 着 中 国 的 改 革 开 放 ， 中 国 经 济逐 渐 融 入 国 际 社 会 ， 全 球 性 的 机 械 加 工 业 开 始 向 中 国 倾 斜 ， 音 乐 盒 的 制 造 也 不 例外 。 1992 年 ， 中 国 第 一 台 具 有 自 主 知 识 产 权 的 八 音 琴 在 中 国 宁 波 韵 升 的 诞 生 ， 标志 着 中 国 ， 全 方 位 地 参 与 全 球 音 乐 盒 这 块 巨 大 蛋 糕 的 市 场 竞 争 ， 经 过 十 多 年 的 努力 ， 韵 升 对 八 音 琴 的 制 造 技 术 进 行 了 更 多 的 技 术 更 新 ， 取 得 了 多 个 国 家 和 地 区 50 余 项 发 明 专 利 。 这 使 得 音 乐 盒 无 论 在 音 质 ， 音 量 ， 谱 曲 ， 和 外 观 设 计 等 方 面 都有 了 更 大 的 改 进 。 目 前 ， 韵 升 八 音 琴 已 占 据 全 球 八 音 琴 市 场 份 额 的 1/4， 仅 次 于日 本 Sankyo， 位 居 全 球 第 二 位 。音 乐 盒 300 多 年 的 产 品 发 展 ， 同 时 也 是 人 类 文 明 300 多 年 发 展 的 历 史 鉴 证 。每 个 不 同 时 期 的 音 乐 盒 造 型 ， 都 能 折 射 出 当 时 不 同 的 社 会 心 态 和 文 明 发 展 现 状 ，它 也 成 了 时 代 的 一 面 镜 子 。现 今 ， 音 乐 盒 的 制 造 ， 延 袭 传 统 ， 结 合 现 代 ， 加 上 现 在 已 经 成 熟 的 FPGA 技 术 ，更 使 得 音 乐 盒 的 前 景 更 加 的 广 阔 ， 利 用 FPGA 技 术 我 们 不 需 要 像 传 统 音 乐 盒 的 那种 以 复 杂 、 成 本 高 为 代 价 ， 而 仅 仅 需 要 一 个 FPGA 开 发 板 就 能 设 计 出 完 美 的 作 品 ，并 且 视 觉 效 果 和 听 觉 效 果 也 都 是 传 统 音 乐 盒 所 无 法 达 到 的 。2、 EDA 设 计 方 法 的 发 展 趋 势电 子 产 业 瞬 息 万 变 , 随 着 新 一 代 FPGA 芯 片 工 艺 和 设 计 方 法 的 进 步 及 新 的 应 用 领 域和 市 场 需 求 的 变 化 , EDA 技 术 也 有 突 飞 猛 进 的 发 展 ， 总 的 趋 势 可 以 概 括 为 ： 跨 越 器 件 组 ，甚 至 公 司 界 限 ， 越 来 越 人 性 化 的 设 计 ， 越 来 越 高 的 优 化 水 平 ， 越 来 越 快 的 仿 真 速 度 ， 越来 越 高 的 仿 真 精 度 以 及 完 备 的 分 析 验 证 手 段 。(1) 一 体 化 工 具 和 IP 是 发 展 方 向一 体 化 的 工 具 使 用 户 受 益 于 一 个 统 一 的 用 户 界 面 , 避 免 了 在 不 同 的 工 具 间 进 行 数 据转 换 等 繁 琐 的 操 作 。 目 前 ， 各 大 EDA 工 具 供 应 商 分 别 推 出 了 集 成 众 多 工 具 在 内 的 一 体化 设 计 工 具 , 同 时 也 在 分 别 推 出 各 自 的 标 准 数 据 库 ,以 进 一 步 简 化 设 计 流 程 。 未 来 先 进 的IC 设 计 平 台 , 将 整 合 各 个 公 司 的 许 多 工 具 , 覆 盖 了 从 设 计 编 译 、 布 局 编 译 、 物 理 编 译 、DFT 编 译 以 及 硅 片 制 造 的 全 部 流 程 , 同 时 还 在 内 部 集 成 了 向 第 三 方 开 放 的 数 据 库 , 将不 同 设 计 阶 段 中 的 数 据 、 时 序 、 计 算 以 及 种 种 约 束 条 件 协 调 起 来 , 将 集 成 新 的 模 拟 和 混合 信 号 设 计 工 具 ， 加 强 利 用 EDA 工 具 进 行 模 拟 电 路 设 计 的 能 力 。IP 的 合 理 应 用 是 加 速 产 品 设 计 流 程 的 一 个 有 效 途 径 。 按 照 美 国 EDA 联 盟 (The EDAConsortium)的 统 计 数 据 表 明 , IP产 品 的 销 售 额 是 全 球 EDA 工 业 中 增 加 最 快 的 一 个 领 域 。IP 应 用 是 IC 设 计 业 中 绝 对 的 发 展 趋 势 。(2) System Verilog 将 成 为 下 一 代 的 描 述 语 言描 述 语 言 一 直 是 EDA 业 中 重 要 的 一 环 ， VHDL 和 Verilog 目 前 是 中 国 的 主 流 设 计 语言 。 然 而 ， 随 着 IC 复 杂 度 的 不 断 提 高 ， 高 级 语 言 将 成 为 FPGA 开 发 的 利 器 ， 从 更 高层 次 入 手 对 系 统 进 行 描 述 是 描 述 语 言 未 来 的 发 展 方 向 。 “System Verilog 将 最 终 取 代VHDL。 ”这 是 Synopsys 公 司 对 描 述 语 言 发 展 方 向 上 的 预 测 ， 在 进 一 步 解 释 这 一 预 测 时 ，还 指 出 多 年 来 FPGA 设 计 中 更 关 注 的 是 仿 真 ， 而 目 前 验 证 整 个 设 计 周 期 中 已 经 占 据 了60%甚 至 更 多 的 时 间 ， 而 System Verilog 可 以 有 效 地 支 持 上 述 两 者 的 需 求 ， 同 时 SystemVerilog 是 与 Verilog 完 全 兼 容 的 。 系 统 级 设 计 方 法 除 了 需 要 使 用 高 级 HDL 语 言 外 ， 更重 要 的 是 要 得 到 系 统 级 仿 真 、 综 合 工 具 的 强 力 支 持 。 目 前 Verilog HDL 语 言 发 展 迅 猛 ，并 逐 步 完 善 。(3) EsL 将 撑 起 EDA 产 业 大 旗ESL 指 的 是 电 子 级 系 统 设 计 。 软 件 挑 战 是 ESL 身 后 的 关 键 推 动 力 。 多 处 理 器 系 统 级芯 片 必 须 并 行 编 程 ， EsL的 目 标 是 单 一 高 级 别 模 型 的 协 同 软 硬 件 设 计 。 未 来 几 年 全 球 ESL工 具 营 收 将 显 著 增 长 ， 将 与 RTL 工 具 持 平 。 三 种 主 要 的 EsL 方 法 学 分 别 围 绕 算 法 、 处理 器 与 存 储 器 、 控 制 逻 辑 。 它 们 均 包 含 行 为 级 与 架 构 级 设 计 ， 分 别 面 向 不 同 的 工 具 及 供应 商 。(4) Linux 提 速 进 入 EDA 领 域随 着 EDA 技 术 在 全 球 范 围 内 的 飞 速 发 展 ， 业 界 都 在 翘 首 以 待 基 于 Linux 环 境 的EDA 技 术 成 为 电 路 设 计 领 域 的 主 流 。 首 先 ， 由 于 Linux 费 用 很 低 ， 源 代 码 开 放 ， 这 使得 EDA 软 件 的 前 期 开 发 费 用 很 低 ， 而 且 运 行 维 护 的 成 本 也 很 低 ， 同 时 大 大 方 便 了 工 程师 的 设 计 工 作 。 而 Linux 工 作 站 的 费 用 也 要 比 Unix 工 作 站 便 宜 很 多 。 此 外 ， Linux 的成 本 大 约 是 Unix 以 及 Windows 的 1/151/10,但 是 效 能 并 不 比 后 者 差 ， 甚 至 运 行 速 度 要更 快 一 些 。 现 在 业 界 普 遍 的 看 法 就 是 预 计 在 未 来 的 5 年 内 ， Linux 将 成 为 EDA 的 主 角 。可 以 预 见 ， Linux 的 普 及 只 是 时 间 问 题 。(5) 模 块 化 、 增 量 式 设 计 成 为 主 流模 块 化 设 计 适 用 于 团 队 开 发 设 计 内 部 关 系 易 于 划 分 、 模 块 间 连 接 较 少 的 项 目 。 模 块化 设 计 先 进 行 整 体 设 计 ， 各 模 块 使 用 黑 盒 子 代 替 ， 只 指 明 模 块 间 的 连 接 （ 使 用 “伪 逻 辑 ”（ pseudo logic） 连 接 ） 和 整 体 设 计 的 外 部 端 口 ， 并 约 束 各 模 块 在 FPGA 芯 片 内 部 的 区 域位 置 和 时 序 、 外 部 端 口 引 脚 。 之 后 并 行 的 依 据 约 束 完 成 各 自 的 模 块 设 计 ， 最 后 提 交 到 一起 进 行 整 体 的 组 合 (assemble)。 增 量 式 设 计 是 一 种 能 在 小 范 围 改 动 情 况 下 节 约 综 合 、 实现 时 间 并 集 成 以 往 设 计 成 果 的 设 计 手 段 。 包 括 增 量 综 合 和 增 量 实 现 两 个 层 次 的 含 义 。二 、 研 究 设 计 内 容采 用 FPGA（ 类 型 自 选 ） 作 为 音 乐 盒 的 控 制 芯 片 ， 整 个 电 路 设 计 和 仿 真 均 在 QuartusII软 件 上 完 成 ， 电 路 运 行 的 情 况 在 仿 真 软 件 中 直 接