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1、EDA数字系统设计数字系统设计 1课程内容主要讲授使用EDA工具，进行FPGA或者CPLD的数字逻辑系统设计的基础知识、方法、流程和验证技术等内容。2一些概念和术语数字逻辑逻辑器件EDAASICPLDCPLDFPGAHDL语言3为什么要掌握FPGA知识是目前开发应用的三大主流之一（以单片机、ARM为代表的MCU、DSP和FPGA)应用范围越来越大，前景广阔，越来越多的工程师在使用FPGA就业4第一章第一章 EDA及及FPGA概述概述 5本章内容一、数字集成电路设计概述二、关于FPGA技术三、FPGA技术的现状和发展方向四、FPGA技术的典型应用领域五、课程学习目的6本章内容一、数字集成电路设计
2、概述二、关于FPGA技术三、FPGA技术的现状和发展方向四、FPGA技术的典型应用领域五、课程学习目的7 本节主要介绍EDA工具的发展、ASIC的优劣及其设计流程和可编程逻辑器件的出现。一、数字集成电路设计概述8集成电路（集成电路（ICIC）是指通过一系列特定的加工工）是指通过一系列特定的加工工艺，将多个晶体管、二极管、电阻、电容等器艺，将多个晶体管、二极管、电阻、电容等器件，按照一定的电路连接集成在一块半导体单件，按照一定的电路连接集成在一块半导体单晶片（如晶片（如SiSi或或GaAsGaAs）或陶瓷等基片上，作为一）或陶瓷等基片上，作为一个不可分割的整体完成某一特定功能的电路组个不可分割的
3、整体完成某一特定功能的电路组件。件。1.什么是集成电路？什么是集成电路？92.2.集成电路的分类集成电路的分类集集成成电电路路按结构分按结构分按规模分按规模分按功能分按功能分按应用领域分按应用领域分MOS型（型（PMOS、NMOS、CMOS）BiMOS型（型（BiMOS、BiCMOS）双极型双极型SSI、MSI、LSI（Small、Medium、Large）VLSI（Very Large Scale IC:超大）超大）ULSI（Ultra Large Scale IC：特大）：特大）GSI （Gigantic Scale IC：巨大）：巨大）数字数字IC（组合、时序）（组合、时序）模拟模拟IC
4、（线性、非线性）（线性、非线性）模、数混合模、数混合IC通用通用IC专用专用IC（ASIC）10划分集成电路规模的标准划分集成电路规模的标准类别类别 数字集成电路数字集成电路MOS IC 双极双极 IC模拟集成电路模拟集成电路SSIMSILSIVLSIULSIGSI109300200011集成电路工艺越来越先进，已从亚微米集成电路工艺越来越先进，已从亚微米(0.5到到1微微米米)进入到深亚微米进入到深亚微米(小于小于0.5微米微米)，进而进入到超，进而进入到超深亚微米深亚微米(小于小于0.25微米微米)。其主要特点：。其主要特点：特征尺寸越来越小特征尺寸越来越小 芯片尺寸越来越大芯片尺寸越来越
5、大 单片上的晶体管数越来越多单片上的晶体管数越来越多 时钟速度越来越快时钟速度越来越快 电源电压越来越低电源电压越来越低 布线层数越来越多布线层数越来越多 I/O引线越来越多引线越来越多3.3.集成电路的发展集成电路的发展124.4.集成电路设计方法和工具的变革集成电路设计方法和工具的变革 随着集成技术的发展和集成度的提高，随着集成技术的发展和集成度的提高，ICIC芯片的芯片的设计工作越来越复杂，于是出现各种设计工作越来越复杂，于是出现各种CADCAD计算机辅计算机辅助设计工具。总之，助设计工具。总之，ICIC的设计方法和设计工具有：的设计方法和设计工具有：原始的手工设计阶段原始的手工设计阶段
6、ICIC设计自动化阶段（设计自动化阶段（EDAEDA设计阶段）设计阶段）13原始的手工设计阶段：原始的手工设计阶段：集成电路问世初期，人脑通过纸和笔，在完成功能设计、集成电路问世初期，人脑通过纸和笔，在完成功能设计、逻辑设计和电路设计后，再用分立的元器件搭制起硬件模拟逻辑设计和电路设计后，再用分立的元器件搭制起硬件模拟电路，让信号通过这一电路，以验证其功能和各项参数是否电路，让信号通过这一电路，以验证其功能和各项参数是否满足设计的要求。满足设计的要求。然后用手工进行版图设计，即采用人工进行布局和布线：然后用手工进行版图设计，即采用人工进行布局和布线：用尺和笔在方格纸上绘制版图、刻红膜、拍照、制
7、作光刻掩用尺和笔在方格纸上绘制版图、刻红膜、拍照、制作光刻掩膜版、流片、测试、封装。膜版、流片、测试、封装。147070年年代代，集集成成电电路路设设计计附附属属于于半半导导体体工工业业加加工工。第第一一代代EDAEDA称称为为CADCAD。第第一一代代的的IC IC CADCAD系系统统为为ICIC设设计计师师提提供供方方便便的的版版图图编编辑辑、设设计计验证验证和和数据转换数据转换等功能。等功能。8080年年代代，出出现现第第二二代代EDAEDA系系统统，常常称称为为计计算算机机辅辅助助工工程程（CAECAE）系系统统，硬硬件件以以3232位位工工作作站站。为为设设计计师师提提供供了了方方
8、便便的的原原理理图图编编辑辑、仿仿真真和和物物理理版版图图的的布布图图、验验证证功功能能，构构成成了了一一个个比比较较完完整整的的ICIC设设计计系统。系统。9090年代以来，芯片的集成度越来越高，出现了以年代以来，芯片的集成度越来越高，出现了以HDLHDL作为设计输入作为设计输入的的ICIC设计方式，一般称为第三代设计方式，一般称为第三代EDAEDA系统。系统。ICIC的设计工作从行为、的设计工作从行为、功能开始，功能开始，EDAEDA向设计的高层次发展。包括有系统级的设计工具。向设计的高层次发展。包括有系统级的设计工具。未来发展，未来发展，ESDA(ESDA(电子系统设计自动化电子系统设计
9、自动化)ICIC设计自动化阶段：设计自动化阶段：15 EDA工具的发展史第一代：七十年代以Applicon,Calma,CV为代表的版图编辑+DRC第二代：八十年代以Mentor（世界排位第三）,Daisy,Valid为代表的CAD系统，从原理图输入、模拟、分析、到自动布图及验证第三代：九十年代以Cadence（世界排位第一，提出Verilog，优势是版图设计及仿真器工具，同时也推出系统级描述工具STW信号处理系统）,Synopsys（世界排位第二）优势是逻辑综合器是世界第一，Avanti等为代表的EDA系统，包括有系统级的设计工具最佳组合：（Cadence仿真器verlog XL Synop
10、sys的 DC(Design Complier)第四代：正在研制面向VDSM+System-On-a-Chip的新一代深亚深亚微米微米CAD系统16随着电路集成度的提高随着电路集成度的提高，数字，数字IC主要分为如下两类：主要分为如下两类：通用集成电路：通用集成电路：在发展微细加工技术的基础上，开在发展微细加工技术的基础上，开发超高速、超高集成度的电路，用户众多，使用领域广发超高速、超高集成度的电路，用户众多，使用领域广泛、标准型的电路。例如各种型号的泛、标准型的电路。例如各种型号的CPU、DSP、单片单片机等。机等。专用集成电路专用集成电路ASIC（Application Specific
11、Integrated Circuits）：面向专门用途，为某一用：面向专门用途，为某一用户特定生产的集成电路。例电视视频处理芯片、电话中户特定生产的集成电路。例电视视频处理芯片、电话中语音处理芯片等。语音处理芯片等。5.数字集成电路的发展及数字集成电路的发展及PLD的出现的出现17典型ASIC设计流程系统设计算法设计RTL设计逻辑综合向foundry提交网表系统验证算法验证RTL验证Foundry进行版图设计Foundry返回最终网表后仿真foundry流片前端流程后端流程18IC制造过程19ASIC的优势：的优势：成本低、功耗低、尺寸小、可靠性高、保密性强成本低、功耗低、尺寸小、可靠性高、保
12、密性强ASIC的缺点：的缺点：资金投入大、研发投片制作具有一定的失败风险、资金投入大、研发投片制作具有一定的失败风险、开开发周期较长、灵活性低发周期较长、灵活性低5.数字集成电路的发展及数字集成电路的发展及PLD的出现的出现 为了降低投资风险、缩短开发周期，提高开发设计的灵活性，可编程逻辑器件PLD应运而生，其特点在于“芯片逻辑功能编程”。20 PLDPLD按复杂程序分为按复杂程序分为按复杂程序分为按复杂程序分为简单可编程逻辑器件简单可编程逻辑器件简单可编程逻辑器件简单可编程逻辑器件、复杂可编程逻辑复杂可编程逻辑复杂可编程逻辑复杂可编程逻辑器件器件器件器件CPLDCPLD(Complex Pr
13、ogrammable Device)(Complex Programmable Device)和现场可编程门阵和现场可编程门阵和现场可编程门阵和现场可编程门阵列列列列FPGAFPGA(Field Programmable Gate Array).(Field Programmable Gate Array).1)1)、简单可编程逻辑器件、简单可编程逻辑器件、简单可编程逻辑器件、简单可编程逻辑器件PROMPROM，UVEPROMUVEPROM、EEPROMEEPROM。PLA(ProgrammablePLA(Programmable Logic Array),Logic Array),可编程逻辑
14、阵列可编程逻辑阵列可编程逻辑阵列可编程逻辑阵列5.数字集成电路的发展及数字集成电路的发展及PLD的出现的出现21PAL(ProgrammablePAL(Programmable Array Logic)Array Logic)可编程阵列逻辑可编程阵列逻辑可编程阵列逻辑可编程阵列逻辑，19771977年由美国年由美国年由美国年由美国MMIMMI公司推出，由可编程与阵和固定或阵构成，采公司推出，由可编程与阵和固定或阵构成，采公司推出，由可编程与阵和固定或阵构成，采公司推出，由可编程与阵和固定或阵构成，采用熔丝编程方式，速度较快，第一个得到普遍应用的用熔丝编程方式，速度较快，第一个得到普遍应用的用熔
15、丝编程方式，速度较快，第一个得到普遍应用的用熔丝编程方式，速度较快，第一个得到普遍应用的PLDPLD。GAL(GenericGAL(Generic Array Logic)Array Logic)通用阵列逻辑器件通用阵列逻辑器件通用阵列逻辑器件通用阵列逻辑器件，19851985年由年由年由年由LatticeLattice公司推出，可电擦写，可重复编程，可设置加密位。公司推出，可电擦写，可重复编程，可设置加密位。公司推出，可电擦写，可重复编程，可设置加密位。公司推出，可电擦写，可重复编程，可设置加密位。是在是在是在是在PALPAL的基础上，采用了输出逻辑宏单元形式的基础上，采用了输出逻辑宏单元形
16、式的基础上，采用了输出逻辑宏单元形式的基础上，采用了输出逻辑宏单元形式EECOMSEECOMS工艺结构，与工艺结构，与工艺结构，与工艺结构，与PALPAL兼容，完全代替了兼容，完全代替了兼容，完全代替了兼容，完全代替了PALPAL。特点：特点：特点：特点：简单的可编程逻辑器件，结构简单，设计灵活，但规模简单的可编程逻辑器件，结构简单，设计灵活，但规模简单的可编程逻辑器件，结构简单，设计灵活，但规模简单的可编程逻辑器件，结构简单，设计灵活，但规模小，寄存器、小，寄存器、小，寄存器、小，寄存器、I/OI/O资源、时钟数目有限，难以实现复杂的逻辑功资源、时钟数目有限，难以实现复杂的逻辑功资源、时钟数
17、目有限，难以实现复杂的逻辑功资源、时钟数目有限，难以实现复杂的逻辑功能。能。能。能。222)2)、CPLD CPLD(Complex Programmable Device)(Complex Programmable Device)可擦除可擦除可擦除可擦除EPLDEPLDEPLDEPLD的基本结构与的基本结构与的基本结构与的基本结构与GALGALGALGAL并无本质区别，但其集成密度比并无本质区别，但其集成密度比并无本质区别，但其集成密度比并无本质区别，但其集成密度比GALGALGALGAL高得多，使其在一块芯片内能够实现更多的逻辑功能。高得多，使其在一块芯片内能够实现更多的逻辑功能。高得多，
18、使其在一块芯片内能够实现更多的逻辑功能。高得多，使其在一块芯片内能够实现更多的逻辑功能。复杂可编程逻辑器件复杂可编程逻辑器件复杂可编程逻辑器件复杂可编程逻辑器件CPLDCPLD是是是是2020世纪世纪世纪世纪8080年代末年代末年代末年代末LatticeLattice提出了在线提出了在线提出了在线提出了在线可编程可编程可编程可编程ISPISP技术后于技术后于技术后于技术后于2020世纪世纪世纪世纪9090年代初出现的。是在年代初出现的。是在年代初出现的。是在年代初出现的。是在EPLDEPLD的基础的基础的基础的基础上，采用上，采用上，采用上，采用E E2 2COMSCOMS工艺制作，增加了内部
19、连线，对逻辑宏单元和工艺制作，增加了内部连线，对逻辑宏单元和工艺制作，增加了内部连线，对逻辑宏单元和工艺制作，增加了内部连线，对逻辑宏单元和I/OI/O单元进行了重大的改进。单元进行了重大的改进。单元进行了重大的改进。单元进行了重大的改进。CPLDCPLD至少包括三种结构：至少包括三种结构：至少包括三种结构：至少包括三种结构：可编程逻辑宏单元可编程逻辑宏单元可编程逻辑宏单元可编程逻辑宏单元、可编程可编程可编程可编程I/OI/O单元单元单元单元和和和和可编程内部连线可编程内部连线可编程内部连线可编程内部连线。233)3)、FPGAFPGA现场可编程门阵列现场可编程门阵列现场可编程门阵列现场可编程
20、门阵列FPGAFPGA是是是是XilinxXilinx公司公司公司公司19851985年首家推出的，采用年首家推出的，采用年首家推出的，采用年首家推出的，采用CMOS-SRAMCMOS-SRAM工艺制作。工艺制作。工艺制作。工艺制作。结构分成三部分：结构分成三部分：结构分成三部分：结构分成三部分：可编程逻辑块可编程逻辑块可编程逻辑块可编程逻辑块CLBCLB、可编程可编程可编程可编程I/OI/O口和可编程内部口和可编程内部口和可编程内部口和可编程内部连线连线连线连线。CLBCLB功能强大，不仅能够实现逻辑函数，还可以配置成功能强大，不仅能够实现逻辑函数，还可以配置成功能强大，不仅能够实现逻辑函数
21、，还可以配置成功能强大，不仅能够实现逻辑函数，还可以配置成RAMRAM等复杂形式。等复杂形式。等复杂形式。等复杂形式。24本章内容一、数字集成电路设计概述二、关于FPGA技术三、FPGA技术的现状和发展方向四、FPGA技术的典型应用领域五、课程学习目的25 本节介绍基于FPGA的结构、设计的优势、设计流程和方法。二、关于FPGA技术26关关于于FPGA技技术术1.FPGA1.FPGA优势优势 以FPGA为代表的PLD与ASIC的对比如下：27FPGA为代表的为代表的PLD的优点的优点集成度高，可以替代多至几千块通用IC芯片极大减小电路的面积，降低功耗，提高可靠性具有完善先进的开发工具提供语言、
22、图形等设计方法，十分灵活通过仿真工具来验证设计的正确性可以反复地擦除、编程，方便设计的修改和升级灵活地定义管脚功能，减轻设计工作量，缩短系统开发时间28关关于于FPGA技技术术2.FPGA2.FPGA结构结构 由上可知，FPGA因其具有灵活可编程的特点，相对于ASIC的优势主要在于灵活性、风险性和开发的快速性方面。FPGA可重复编程是由其结构决定的。下面来简单介绍FPGA的结构。29 FPGA由由可可编编程程逻逻辑辑块块（CLB）、输输入入/输输出出模模块块（IOB）及及可可编编程程互互连连资资源源（PIR）等等三三种种可可编编程程电电路路和和一一个个SRAM结结构构的的配配置置存存储储单单元
23、元组组成。成。CLB是是实实现现逻逻辑辑功功能能的的基基本本单单元元，它它们们通通常常规规则则地地排排列列成成一一个个阵阵列列，散散布布于于整整个个芯芯片片中中；可可编编程程输输入入/输输出出模模块块（IOB）主主要要完完成成芯芯片片上上的的逻逻辑辑与与外外部部引引脚脚的的接接口口，它它通通常常排排列列在在芯芯片片的的四四周周；可可编编程程互互连连资资源源（IR）包包括括各各种种长长度度的的连连线线线线段段和和一一些些可可编编程程连连接接开开关关，它它们们将将各各个个CLB之之间间或或CLB与与IOB之之间间以以及及IOB之之间间连连接接起起来来，构构成成特特定定功能的电路。功能的电路。关关于
24、于FPGA技技术术2.FPGA2.FPGA结构结构30FPGA的基本结构图的基本结构图311)可编程逻辑块（可编程逻辑块（CLB）CLB主要由逻辑函数发生器、触发器、数据选择器等电主要由逻辑函数发生器、触发器、数据选择器等电路组成。路组成。逻辑函数发生器主要由查找表逻辑函数发生器主要由查找表LUT(look up table)构成构成函数发生器基于查找函数发生器基于查找表单元：表单元：321)可编程逻辑块（可编程逻辑块（CLB）CLB主要由逻辑函数发生器、触发器、数据选择器等电主要由逻辑函数发生器、触发器、数据选择器等电路组成。路组成。逻辑函数发生器主要由查找表逻辑函数发生器主要由查找表LUT
25、(look up table)构成构成33课后作业 1、查资料，、查资料，CPLD的可编程逻辑是基于什么结构实现的可编程逻辑是基于什么结构实现的？都属于可编程逻辑器件，的？都属于可编程逻辑器件，CPLD与与FPGA有什么不同有什么不同？34 3)可编程互连资源可编程互连资源（PIR）PIR由由许许多多金金属属线线段段构构成成，这这些些金金属属线线段段带带有有可可编编程程开开关关，通通过过自自动动布布线线实实现现各各种种电电路路的的连连接接。实实现现FPGA内内部部的的CLB和和CLB之之间间、CLB和和IOB之之间的连接。间的连接。2)输入输入/输出模块（输出模块（IOB）IOB主主要要由由输
26、输入入触触发发器器、输输入入缓缓冲冲器器和和输输出出触触发发/锁锁存存器器、输输出出缓缓冲冲器器组组成成，每每个个IOB控控制制一一个个引引脚脚，它它们们可被配置为输入、输出或双向可被配置为输入、输出或双向I/O功能。功能。35关关于于FPGA技技术术3.FPGA3.FPGA设计流程设计流程1)、传统数字电路设计、传统数字电路设计逻辑代数数字系统数学基础数字电路设计的基本方法组合电路设计问题问题逻辑关系逻辑关系真值表真值表化简化简逻辑逻辑图图时序电路设计列出原始状态转移图和表状态化简状态分配触发器选型求解方程式逻辑图36使用中、小规模器件设计电路（使用中、小规模器件设计电路（74、54系列系列
27、）编码器（编码器（74LS148）译码器（译码器（74LS154）比较器（比较器（74LS85）计数器（计数器（74LS193）移位寄存器（移位寄存器（74LS194）设计方法的局限设计方法的局限卡诺图只适用于输入比较少的函数的化简。卡诺图只适用于输入比较少的函数的化简。采用采用“搭积木搭积木”的方法进行设计。必须熟悉各种中小规模的方法进行设计。必须熟悉各种中小规模芯片的使用方法，从中挑选最合适的器件，缺乏灵活性。芯片的使用方法，从中挑选最合适的器件，缺乏灵活性。设计系统所需要的设计系统所需要的芯片种类多，且数量很大。芯片种类多，且数量很大。37n采用中小规模器件的局限n电路板面积很大，芯片数
28、量很多，功耗很大，可靠性低提高芯片的集成度n设计比较困难能方便地发现设计错误n电路修改很麻烦提供方便的修改手段38n2)基于PLD的数字系统设计方法n借助于当前先进的EDA工具，PLD器件开创了数字系统设计的新方法现代数字系统设计。关关于于FPGA技技术术3.FPGA3.FPGA设计流程设计流程39原理图原理图/HDL文本编辑文本编辑综合综合FPGA/CPLD适配适配FPGA/CPLD编程下载编程下载FPGA/CPLD器件和电路系统器件和电路系统时序与功能时序与功能门级仿真门级仿真1、功能仿真、功能仿真2、时序仿真、时序仿真逻辑综合器逻辑综合器结构综合器结构综合器1、isp方式下载方式下载 2
29、、JTAG方式下载方式下载 3、针对、针对SRAM结构的配置结构的配置 4、OTP器件编程（一次性）器件编程（一次性）功能仿真功能仿真2)基于PLD的数字系统设计方法以以FPGA为代表的为代表的PLD的的EDA开发流程开发流程:40 FPGAFPGA开发流程与开发流程与EDAEDA软件软件逻辑仿真器逻辑仿真器：Modelsim、Active HDL、Verilog-XL等等 逻辑综合器：逻辑综合器：Leonardo Spectrum、Synplify、FPGA Express/FPGA CompilerII等等 FPGA厂家工具厂家工具：Altera的的Max+PlusII、QuartusII
30、，Xilinx的的Foundation、ISE4.1等等 41思考：FPGA与与ASIC的设计流程有什么区别？的设计流程有什么区别？42 ASICASIC设计流程包括前端设计、后端设计、流片。设计流程包括前端设计、后端设计、流片。FPGAFPGA只需做前端设计，因为其是可编程的！只需做前端设计，因为其是可编程的！43 对对于于数数字字ICIC的的前前段段设设计计，需需要要学学习习下下面面几几个个方方面的内容：面的内容：（1 1）数字逻辑电路与系统）数字逻辑电路与系统（2 2）HDLHDL语言语言（3 3）数字系统的综合技术）数字系统的综合技术（4 4）各种实现方法的特点，特别是）各种实现方法的
31、特点，特别是FPGAFPGA方面的知识方面的知识（5 5）各种前端开发工具的使用）各种前端开发工具的使用44 对于后段设计，需要掌握的内容：对于后段设计，需要掌握的内容：（1 1）模拟电路与系统）模拟电路与系统（2 2）微电子学的基础知识（包括器件结构、版图等）微电子学的基础知识（包括器件结构、版图等）（3 3）超大规模集成电路设计方法）超大规模集成电路设计方法（4 4）各种实现方法的特点）各种实现方法的特点（5 5）各种后端开发工具的使用（包括）各种后端开发工具的使用（包括SPICESPICE）45本章内容一、数字集成电路设计概述二、关于FPGA技术三、FPGA技术的现状和发展方向四、FPG
32、A技术的典型应用领域五、课程学习目的46 本节介绍FPGA目前的状况及以后的发展方向。三、FPGA技术的现状和发展方向47最大的PLD供应商之一FPGA的发明者，最大的PLD供应商之一ISP技术的发明者提供军品及宇航级产品FPGA技术的现状和发展方向三、FPGA技术的现状和发展方向 主要主要FPGAFPGA厂商厂商48FPGA技术的现状和发展方向 ALREAALREA的产品的产品三、FPGA技术的现状和发展方向49FPGA技术的现状和发展方向xilinx的产品的产品三、FPGA技术的现状和发展方向50CPLDCPLD和和和和FPGAFPGA的发展呈现出以下几个方面趋势：的发展呈现出以下几个方面
33、趋势：的发展呈现出以下几个方面趋势：的发展呈现出以下几个方面趋势：1.向密度更高、速度更快、频带更宽的百万门系统级方向发展向密度更高、速度更快、频带更宽的百万门系统级方向发展nXilinx Virtex/-E/II Pro（PPC405、MutiGbit收发器、RoketI/O、部分可重构特性、系统时钟400M以上）nAltera APEX/Stratix2.向低电压、低功耗和绿色化方向发展向低电压、低功耗和绿色化方向发展 3.3/2.5/1.8V3.向低成本、低价格的片上系统方向发展向低成本、低价格的片上系统方向发展nXilinx 的SpartanIII系列 100万门万门/10美元美元nA
34、ltera的Cycolne系列FPGA技术的现状和发展方向三、FPGA技术的现状和发展方向514.向系统内可重构方向发展。向系统内可重构方向发展。系统内可重构是指可编程系统内可重构是指可编程ASIC在转入用户系统后仍具有改变其内部功能的能力，极大提高电在转入用户系统后仍具有改变其内部功能的能力，极大提高电子系统的灵活性和适用性。子系统的灵活性和适用性。5.IP Core设计应用飞速发展，设计应用飞速发展，FPGA设计资源复用和开发手段设计资源复用和开发手段全面升级全面升级lFPGACPLD和ASIC技术都在迅猛发展。在这一发展过程中知识产权核，或称智核、IP核（IP CoreIP Core,I
35、ntellectual Property Core）的概念被提了出来。52nSOPC的双重含义：的双重含义：可编程片上系统（SOPC）是一种特殊的嵌入式微处理器系统n首先，它是片上系统片上系统（SOC），即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能；n其次，它是可编程系统可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可编程的功能。6 6、可编程、可编程、可编程、可编程SOC(SOPC)SOC(SOPC)nSOPC时代已经到来时代已经到来nSOPC：System-On-a-Programble-ChipnIP Core的不断丰富和完善奠定了的不断丰富和完善奠定了SOPC的基
36、础的基础n先进的百万门级先进的百万门级FPGA开发工具是开发工具是SOPC的主要平台的主要平台n处理器处理器IP Core解决了解决了SOPC的最关键问题的最关键问题53nSOPC的基本特征：的基本特征：n嵌入式处理器嵌入式处理器IP Core为核心（多处理器）为核心（多处理器）n具有小容量片内高速具有小容量片内高速RAM资源资源n丰富的丰富的IP Core资源可供灵活选择（资源可供灵活选择（ASIC）n足够的片上可编程逻辑资源足够的片上可编程逻辑资源n处理器调试接口和处理器调试接口和FPGA编程接口共用或并存编程接口共用或并存n可能包含部分可编程模拟电路可能包含部分可编程模拟电路n单芯片、低
37、功耗、微封装单芯片、低功耗、微封装54基于基于基于基于SOPCSOPC的嵌入式系统架构的嵌入式系统架构的嵌入式系统架构的嵌入式系统架构Processor(s)Auxiliary Systems(power,cooling,)MemoryIP Cores(Vs.ASIC)Programmable LogicSoftwareA/D D/ASensorsActuatorsHuman Interface数字部分数字部分为单芯片为单芯片FPGA55本章内容一、数字集成电路设计概述二、关于FPGA技术三、FPGA技术的现状和发展方向四、FPGA技术的典型应用领域五、课程学习目的56 本节介绍FPGA的应用
38、。四、FPGA技术的典型应用领域57四、FPGA技术的典型应用领域58四、FPGA技术的典型应用领域59四、FPGA技术的典型应用领域60内容回顾前面主要介绍了EDA工具的发展、数字集成电路的发展、ASIC的设计流程、PLD的出现。介绍FPGA器件可编程原理、设计流程、优势、发展、应用等等61课程学习目的课程的学习会涉及很多东西主要掌握ASIC前端设计的基础知识和基于FPGA的大型数字逻辑系统的设计方法。为以后的应用打下基础62后续学习章节安排（拟定）第二章 Verilog HDL语言（基础）第三章 EDA工具的使用第四章 Verilog HDL语言（高级）第五章 复杂程序设计第六章 基于FP
39、GA/CPLD的设计理论、步骤、原则及注意事项第七章 复杂系统设计第八章 基于SOPC的嵌入式设计简介预修内容：预修内容：数字逻辑电路数字逻辑电路63参考文献参考文献夏雨闻编著，夏雨闻编著，Verilog 数字系统设计教程（第二版），北京航空航天数字系统设计教程（第二版），北京航空航天大学出版社，大学出版社，2008。王金明，数字系统设计与王金明，数字系统设计与Verilog HDLVerilog HDL，电子工业出版社。电子工业出版社。EDA先锋工作室先锋工作室 王诚王诚 吴继华等编著，吴继华等编著，Altera FPGA-CPLD设计（基础篇）设计（基础篇），人民邮电出版社，人民邮电出版社
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