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1、第2页/共83页第1页/共83页两位十进制频率计顶层设计原理图文件第3页/共83页第2页/共83页D触发器的VHDL描述LIBRARY IEEE;ENTITY DFF1 IS PORT(CLK:IN STD_LOGIC;D:IN STD_LOGIC;Q:OUT STD_LOGIC);END;ARCHITECTURE bhv OF DFF1 IS SIGNAL Q1:STD_LOGIC;-类似于在芯片内部定义一个数据的暂存节点 BEGIN PROCESS(CLK)BEGIN IF CLKEVENT AND CLK=1 THEN Q1=D;END IF;Q=Q1;-将内部的暂存数据向端口输出 EN
2、D PROCESS;END bhv;第4页/共83页第3页/共83页第5页/共83页第4页/共83页第1章 EDA技术概述【学习目标】通过本章的学习要了解EDA技术的发展过程及发展趋势、常用的EDA技术开发工具、EDA技术的硬件基础；掌握EDA技术含义、EDA技术的开发流程和传统设计方法EDA设计方法的区别。第6页/共83页第5页/共83页1.1 EDA 技术的含义 1.什么是EDA技术？EDA（Electronic Design Automation），即电子设计自动化，是指以计算机为工作平台，融合应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制成的电子CAD通用软件包，主要能辅助进行以下
3、几方面的工作：电子电路设计、电子电路仿真、PCB设计，CPLD/FPGA设计，IC设计等，根据EDA技术的范围，可将EDA技术分为广义的EDA技术和狭义的EDA技术。第7页/共83页第6页/共83页1.1 EDA 技术的含义 2EDA技术的广义理解 EDA技术广义理解实际上是EDA工程所涉及的范围，主要包括半导体工艺设计自动化、可编程器件设计自动化、电子系统设计自动化、印刷电路板设计自动化、电子电路仿真与测试、电子产品故障诊断自动化、形式验证自动化等方面的内容，也就是说，凡是利用计算机来辅助人们完成与电子技术相关的自动化设计技术都可以理解为EDA技术。第8页/共83页第7页/共83页1.1 E
4、DA 技术的含义3EDA技术的狭义理解 EDA技术是利用计算机来完成电子系统的设计。是指以计算机为工作平台，以EDA软件工具为开发环境，以硬件描述语言为设计语言，以可编程逻辑器件为载体，以ASIC和SoC为设计目标，自动完成用软件方式描述的电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、布局布线、逻辑仿真，直至完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，以电子系统设计为应用方向的电子产品自动化设计过程。第9页/共83页第8页/共83页1.2 EDA 技术的发展计算机辅助设计（CAD）阶段 七十年代为CAD阶段，人们开始用计算机辅助进行电路图设计、IC版图编辑、P
5、CB布局布线等，取代了手工操作，产生了计算机辅助设计的概念。第10页/共83页第9页/共83页1.2 EDA 技术的发展计算机辅助工程（CAE）阶段 八十年代为CAE阶段，与CAD相比，除了纯粹的图形绘制功能外，又增加了电路功能设计和结构设计，并且通过电气连接网络表将两者结合在一起，实现了工程设计，这就是计算机辅助工程的概念。CAE的主要功能是：原理图输入，逻辑仿真，电路分析，自动布局布线，PCB后分析。第11页/共83页第10页/共83页1.2 EDA 技术的发展电子设计自动化（EDA）阶段 九十年代为EDA阶段，在整个设计过程中，自动化和智能化程度还不高，各种EDA软件界面千差万别，学习使
6、用困难，并且互不兼容，直接影响到设计环节间的衔接。基于以上不足，人们开始追求：贯彻整个设计过程的自动化，这就是EDA即电子系统设计自动化。第12页/共83页第11页/共83页1.3 常用的EDA技术开发工具 常用EDA开发工具有：Multisim、PSPICE、OrCAD、PCAD、Protel、Viewlogic、Mentor、Graphics、Synopsys、LSIlogic、Cadence、MicroSim、QuartusII等等。第13页/共83页第12页/共83页1.3 常用的EDA技术开发工具公司集成EDA集成开发工具 1、Max+plusII：是Altera公司推出的第三代PL
7、D开发系统；使用MAX+PLUSII的设计者不需精通器件内部的复杂结构。设计者可以用自己熟悉的设计工具（如原理图输入或硬件描述语言）建立设计。第14页/共83页第13页/共83页1.3 常用的EDA技术开发工具 2、QuartusII QuartusII是Altera公司的综合性PLD开发软件，支持原理图、VHDL、Verilog-HDL以及AHDL(Altera Hardware Description Language)等多种设计输入形式，也是Altera第四代PLD开发系统：主要用于设计新器件和大规模 CPLD/FPGA。第15页/共83页第14页/共83页1.3 常用的EDA技术开发工
8、具 Quartusll支持Altera的IP核，包含了LPMMegaFunction宏功能模块库，此外，QuartusII通过和DSP Builder工具与MatlabSimulink相结合，可以方便地实现各种DSP应用系统；支持Altera的片上可编程系统(SOPC)开发，集系统级设计、嵌入式软件开发、可编程逻辑设计于一体，是一种综合性的开发平台。第16页/共83页第15页/共83页1.3 常用的EDA技术开发工具公司的EDA集成开发工具1Xilinx ISE Xilinx ISE 设计套件是Xilinx公司的最新EDA集成开发工具，目前的版本是11.1版本（ISE Design Suite
9、 11.1）。在为嵌入式、DSP和逻辑设计人员提供FPGA设计工具和IP产品方面确立了业界新标准。第17页/共83页第16页/共83页1.3 常用的EDA技术开发工具2.ISE设计套件的逻辑版本（Logic Edition）逻辑版本（Logic Edition）支持快速访问和使用从前端直到后端的完整FPGA设计流程，提供的工具和基础IP覆盖设计输入、引脚分配、综合、验证（包括片上调试）、实施、布局/分析、位流生成以及器件编程功能。第18页/共83页第17页/共83页1.3 常用的EDA技术开发工具逻辑版本包括：ISE Foundation 软件 ISE Simulator PlanAhead
10、设计分析工具 ChipScope Pro Analyzer ChipScope Pro Serial I/O Toolkit Base-level IP 第19页/共83页第18页/共83页1.3 常用的EDA技术开发工具 3.ISE的DSP 版本（DSP Edition）DSP版本除了基础FPGA设计工具和技术提供了针对DSP算法、系统和硬件开发人员需求而优化的DSP开发工具和IP。第20页/共83页第19页/共83页1.3 常用的EDA技术开发工具4.ISE的嵌入式版本（Embedded Edition）嵌入式版本提供的嵌入式开发工具和IP专门针对需要在设计中采用嵌入式处理器的开发人员需求
11、而优化。此外，嵌入式版本还包括了基础FPGA设计工具和技术。第21页/共83页第20页/共83页1.3 常用的EDA技术开发工具 5.ISE的系统版本（System Edition）系统版本提供了完整的设计解决方案，支持从针对逻辑设计输入和实现的基础级设计产品直到DSP和嵌入式领域优化产品的所有设计方法。第22页/共83页第21页/共83页1.3 常用的EDA技术开发工具公司的EDA集成开发工具 Lattice（中文名：莱迪思）是ISP（在线可编程）技术的发明者，Lattice中小规模PLD/FPGA比较有特色，种类齐全，性能不错。99年Lattice收购Vantis（原AMD子公司）,200
12、1年收购Lucent微电子的FPGA部门，2004年以后开始大规模进入FPGA领域，是世界第三大可编程逻辑器件供应商。目前Lattice公司在上海设有研发部门。第23页/共83页第22页/共83页1.3 常用的EDA技术开发工具 ispLEVER：是莱迪思可编程逻辑产品的设计软件。各种不同的ispLEVER版本都包含一组全方位的功能强大的工具，包括项目管理、IP综合、设计规划、布局布线、在系统逻辑分析等。第24页/共83页第23页/共83页1.3 常用的EDA技术开发工具 莱迪思的ispLEVER 5.0支持新的LatticeXP 非易失、可无限重构FPGA。新的ispLEVER不仅能让您立即
13、接触到最新的ispXP 技术，它还适用于所有莱迪思FPGA、CPLD和SPLD可编程器件的设计。ispLEVER工具套件有Windows、UNIX和LINUX版本可供选择。第25页/共83页第24页/共83页1.4 EDA技术的软件开发 注：本书讲解的EDA技术若无特别说明均为狭义理解的EDA技术。EDA技术的开发主要有软件和硬件两部分：1、软件部分主要是用户编写的硬件描述语 言程序或设计的电路原理图、状态图2、硬件是作为实现载体的可编程逻辑器件 和外围电路等。第26页/共83页第25页/共83页1.4 EDA技术的软件开发原理图设计简介 原理图是利用EDA工具软件将电路原理图在计算机上进行绘
14、制。原理图由逻辑器件(符号)和连接线构成，图中的逻辑器件可以是EDA软件库中预制的功能模块，如与门、非门、或门、触发器以及各种含 74系列器件功能的宏功能块，甚至还有一些类 似于IP的功能块。第27页/共83页第26页/共83页1.4 EDA技术的软件开发 1、原理图的输入方法的优点：（1）设计者进行电子线路设计不需要增加新的相关知识(诸如HDL等)。（2）方法与用PROTEL作图相似，设计过程形象直观，适用于初学或教学演示。（3）对于较小的电路模型，其结构与实际电路十分接近，设计者易于把握电路全局。第28页/共83页第27页/共83页1.4 EDA技术的软件开发2、原理图输入方式的缺点：（1
15、）由于图形设计方式并没有标准化，不同的EDA软件中的图形处理工具对图形的设计规则、存档格式和图形编译方式都不同，因此图形文件兼容性差，难以交换和管理。第29页/共83页第28页/共83页1.4 EDA技术的软件开发（2）随着电路设计规模的扩大，原理图输入描述方式必然引起一系列难以克服的困难，如电路功能原理的易读性下降，错误排查困难，整体调整和结构升级困难。例如，将一个4位的单片机设计升级为8位单片机几乎难以在短期内准确无误地实现。（3）由于图形文件的不兼容性，性能优秀的电路模块的移植和再利用十分困难，这是EDA技术应用的最大障碍。第30页/共83页第29页/共83页1.4 EDA技术的软件开发
16、（4）由于在原理图中已确定了设计系统的基本电路结构和元件，留给综合器和适配器 的优化选择的空间已十分有限，因此难以实现用户所希望的面积、速度以及不同风格的综合优化，显然，原理图的设计方法明显偏离了电子设计自动化最本质的涵义。（5）在设计中，由于必须直接面对硬件模块的选用，因此行为模型的建立将无从谈起，从而无法实现真实意义上的自顶向下的设计方案。第31页/共83页第30页/共83页1.4 EDA技术的软件开发硬件描述语言设计简介1硬件描述语言的产生 随着半导体技术和计算机技术的飞速发展，集成电路的设计方法发生了深刻的变化。从计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工程(CAE)到电子系统设计自动化(
17、ESDA)，设计的自动化程度越来越高，系统也越来越庞大，越来越复杂。硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)应运而生，它的出现标志着电路设计领域的一次重大的变革。第32页/共83页第31页/共83页1.4 EDA技术的软件开发 利用这种语言，硬件电路系统的设计可以从上层到下层(从抽象到具体)逐层描述设计，用一系列分层次的模块来表示复杂的系统。然后，利用电子设计自动化(EDA)工具，逐层进行仿真验证，再将其变为实际电路的模块组合，经过自动综合工具转换到门级电路网表。最后，用专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA自动布局布线工具，把网表转换为要实现
18、的具体电路布线结构。第33页/共83页第32页/共83页1.4 EDA技术的软件开发 与原理图设计方法相比，有如下优势：(1)采用自顶向下的设计方法。与传统的自底向上的设计方法不同，采用硬件描述语言设计电路，从系统总体要求出发，先确定顶层模块，进行顶层模块的设计，再按照不同的功能，将顶层模块划分为若干子模块，子模块还可以被继续划分为更简单和易于实现的模块，然后进行具体设计，最后完成整个系统的设计。第34页/共83页第33页/共83页1.4 EDA技术的软件开发 (2)早期仿真。由于设计的仿真和调试是在高层次完成的，所以能够在早期发现结构设计上的错误，提高设计的成功率。(3)降低设计难度。硬件描
19、述语言具有多层次描述系统功能的能力，从系统的数学模型到门级电路。将高层次行为描述和低层次的寄存器传输描述以及结构化描述结合起来，使对硬件电路的描述更加准确。第35页/共83页第34页/共83页1.4 EDA技术的软件开发 (4)提高设计文件可读性。采用传统的电路设计方法，设计文件是几十张、几百张甚至几千张电路原理图；而采用硬件描述语言时，设计文件是采用硬件描述语言编写的程序，给阅读、归档、修改和使用带来极大的方便。第36页/共83页第35页/共83页1.4 EDA技术的软件开发(5)大量采用ASIC。ASIC芯片与硬件描述语言的关系十分密切，二者相辅相成，相互促进。众多的ASIC生产厂商的工具
20、软件都支持硬件描述语言。这样，设计人员在设计硬件电路时，就不会受到专用芯片的限制，而是根据硬件电路系统设计的需要来选择ASIC芯片，方便修改设计，增加灵活度，缩短开发周期。第37页/共83页第36页/共83页1.4 EDA技术的软件开发2硬件描述语言的种类 目前，比较有代表性的硬件描述语言有VHDL、Verilog HDL、Superlog和System C等。前二者已经成为IEEE标准，在我国十分流行；后二者则是后起之秀，具有良好的发展前景，国内对此研究较少，值得关注。第38页/共83页第37页/共83页1.4 EDA技术的软件开发(1)VHDL VHDL（Very High Speed I
21、ntegrated Circuit HDL）是20世纪70年代末和80年代初，美国国防部提出了VHSIC()计划，VHSIC计划的目标是为下一代集成电路的生产、实践阶段性的工艺极限以及完成10万门级以上的电路设计，建立一种新的描述语言。第39页/共83页第38页/共83页1.4 EDA技术的软件开发 1985年，公布了第一个对外版本VHDL7.2。1986年，IEEE开始致力于VHDL的标准化工作，并成立了一个VHDL标准化小组。经过反复的修改与扩充，直到1987年12月，VHDL才被接纳为IEEE 1076标准，称为VHDL-87标准。1993年，VHDL-87标准被修订，更新为VHDL-9
22、3标准。第40页/共83页第39页/共83页1.4 EDA技术的软件开发（2）Verilog HDL Verilog HDL语言最早是由GDA(Gateway Design Automation)公司的设计师Phil Moorby在1983年开发出来的。1989年，CADENCE公司收购了GDA公司，VerilogHDL语言从此成为CADENCE公司EDA开发环境中的硬件描述语言。1990年，CADENCE公司公开发表了Verilog HDL语言，并且成立LVI组织以促使Verilog HDL语言成为IEEE标准。第41页/共83页第40页/共83页1.4 EDA技术的软件开发 (3)Supe
23、rlog语言 Superlog是在原有硬件描述语言的基础上，结合高级语言C、C+甚至Java等语言的特点进行扩展，达到一种新的系统级设计语言标准。第42页/共83页第41页/共83页1.4 EDA技术的软件开发 至今为止，已超过15家芯片设计公司用Superlog语言来进行芯片设计和硬件开发。Superlog是一种具有良好前景的系统级硬件描述语言。但是不久前，由于整个IT产业的滑坡，EDA公司进行大的整合，Co-Design公司被Synopsys公司兼并，形势又变得扑朔迷离。第43页/共83页第42页/共83页1.4 EDA技术的软件开发(4)System C语言 System C是集成电路设
24、计界一直在考虑如何满足SoC的设计要求的情况下产生的系统级设计语言。由Synopsys公司和CoWare公司积极响应目前各方对系统级设计语言的需求而合作开发的。1999年9月27日，40多家世界著名的EDA公司、IP公司、半导体公司和嵌入式软件公司宣布成立“开放式System C联盟”。2001年10月推出了20版。第44页/共83页第43页/共83页1.4 EDA技术的软件开发语言概述1VHDL的特点 (1)功能强大和设计灵活。VHDL拥有强大的语言结构，可以用简洁的程序描述复杂的逻辑控制。为了有效地控制设计的实现，它具有多层次的设计描述功能，支持设计库和可重复使用的元件生成；支持层次化设计
25、和模块化设计，同时，VHDL还支持同步、异步和随机电路设计，这是其他硬件描述语言难以比拟的。第45页/共83页第44页/共83页1.4 EDA技术的软件开发 (2)与具体器件无关。设计人员采用VHDL设计硬件电路时，并不需要首先确定设计采用哪种器件，也不需要特别熟悉器件的内部结构。(3)很强的移植能力。VHDL的移植能力非常强，因为它是一种标准的硬件描述语言。同一个设计的程序可以被不同的工具所支持，包括综合工具、仿真工具、系统平台等。第46页/共83页第45页/共83页1.4 EDA技术的软件开发 (4)强大的硬件描述能力。VHDL既能够描述系统级电路，又可以描述门级电路。描述方式既可以采用行
26、为描述、寄存器传输描述或者结构描述，也可以用其混合描述方式。同时，VHDL也支持惯性延迟和传输延迟，以便准确地建立硬件电路模型。第47页/共83页第46页/共83页1.4 EDA技术的软件开发 (5)语法规范、易于共享。VHDL的语法非常规范，可读性极强。用VHDL编写的代码文件既是程序，也是文档；既可以作为设计人员之间交流的内容，又可以作为签约双方的合同文本。另一方面，作为一种工业标准，VHDL易于共享，适合大规模协作开发。但是，VHDL也并不是一种完美的硬件描述语言，自身存在一些缺点，主要体现在3个方面:第48页/共83页第47页/共83页1.4 EDA技术的软件开发(1)对设计者的硬件电
27、路功底要求较高。采用 VHDL描述硬件电路需要设计人员具有较多的硬件电路知识，甚至芯片结构方面的知识。(2)系统抽象描述能力较差。虽然VHDL能够描述系统级电路，但系统的抽象性不能太强，否则EDA工具无法综合。第49页/共83页第48页/共83页1.4 EDA技术的软件开发 (3)不具备描述模拟电路能力。对于模拟电路而言，VHDL并不是一种理想的硬件描述语言。现在，IEEE正致力于设计VHDL 的超级VHDL-AMS，这种语言将能够对模拟电路和数模混合电路进行描述。第50页/共83页第49页/共83页1.4 EDA技术的软件开发2 VHDL设计流程 采用VHDL设计硬件电路系统的设计流程一般可
28、以分为以下几个步骤。(1)确定电路具体功能。通常情况下，开发前期先设计总体方案，但总体方案相对比较抽象，使用VHDL的设计人员必须分析电路所要实现的具体能。第51页/共83页第50页/共83页1.4 EDA技术的软件开发 (2)设计输入。利用自顶向下的方法，将设计划分为不同的功能模块。每个模块完成一定的逻辑功能。编写每个模块的程序，然后将各个模块的程序组合在一起，完成整个系统的VHDL描述。第52页/共83页第51页/共83页1.4 EDA技术的软件开发 (3)功能仿真。在功能仿真阶段主要对所设计的电路进行功能验证，通过功能仿真，发现设计存在的缺陷。例如，输入输出是否有矛盾，有无未加处理的输入
29、信号，是否允许使能等。通过功能仿真，在设计前期纠正缺陷和错误，可以节省后期的时间，缩短整体开发周期。第53页/共83页第52页/共83页1.4 EDA技术的软件开发(4)综合、优化和布局布线。综合的作用是将较高层次的VHDL抽象描述转化为较低级别抽象，或者说实际的硬件电路。优化的作用是将电路设计的时延缩到最小和有效利用资源。布局布线的作用是将通过综合和优化所得到的逻辑，安放到一个逻辑器件之中的过程。第54页/共83页第53页/共83页1.4 EDA技术的软件开发(5)时序仿真。时序仿真是接近于真实器件运行特性的仿真，仿真文件中包含了器件硬件特性参数，因而仿真精度高。时序仿真的文件必须来自针对具
30、体器件的综合器与适配器。第55页/共83页第54页/共83页1.4 EDA技术的软件开发(6)编程下载。编程下载指将VHDL程序经过综合、优化和布局布线后生成的编程数据写入具体的可编程器件中。(7)硬件测试。最后，将写入编程数据的硬件系统进行实际测试，以便检验设计的运行情况。第56页/共83页第55页/共83页1.5 EDA技术的硬件概述可编程逻辑器件简介 可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，PLD)：20世纪70年代发展起来的一种新型逻辑器件，是目前数字系统设计的主要硬件基础。目前生产和使用的PLD产品主要有可编程只读存储器(PROM)、现场可编程逻辑阵列(F
31、ield Programmable Logic Array，FPLA)、可编程阵列逻辑(Programmable Array Logic，PAL)、第57页/共83页第56页/共83页1.5 EDA技术的硬件概述 通用阵列逻辑(Generic Array Logic，GAL)、可擦除的可编程逻辑器件(Erasable Programmable Logic Device，EPLD)、复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device，CPLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)等几种类型。第58页/共83
32、页第57页/共83页1.5 EDA技术的硬件概述基础1.复杂可编程逻辑器件(CPLD)复杂可编程逻辑器件CPLD(Complex Programmable Logic Device)是从PAL、GAL发展而来的阵列型高密度PLD器件，它规模较大，可以代替几十甚至上百片通用IC芯片。CPLD多采用CMOS、EPROM、EEPROM和Flash存储器等编程技术，具有高密度、高速度和低功耗等特点。第59页/共83页第58页/共83页1.5 EDA技术的硬件概述 目前主要的半导体器件公司，如Altera、Xilinx和Lattice等，都生产CPLD产品。不同的CPLD有各自的特点，但总体结构大致相似
33、。大多数CPLD中至少都包含3种结构：可编程逻辑宏单元、可编程连线阵列、可编程IO单元。第60页/共83页第59页/共83页1.5 EDA技术的硬件概述2.现场可编程门阵列(FPGA)现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable Gate Array)是一种可由用户自行定义配置的高密度专用集成电路，它将定制的VLSI电路的单片逻辑集成优点和用户可编程逻辑器件的设计灵活、工艺实现方便、产品上市快捷的长处结合起来，已成为一类标准的产品。第61页/共83页第60页/共83页1.6 EDA 技术的设计流程3 、基于EDA软件的FPGACPLD开发流程 图1.1是基于EDA软件的FPG
34、ACPLD开发流程框图，以下将分别介绍各设计模块的功能特点。对于目前流行的EDA工具软件，图1.1的设计流程具有一般性。第62页/共83页第61页/共83页1.6 EDA 技术的设计流程图图1.1 基于基于EDA软件的软件的FPGACPLD开发流程框图开发流程框图 第63页/共83页第62页/共83页1.6 EDA 技术的设计流程设计输入1图形输入 图形输入通常包括原理图输入、状态图输入 和波形图输入三种常用方法。（1）状态图输入方法：根据电路的控制条件和不同的转换方式，用绘图的方法，在EDA工具的状态图编辑器上绘出状态图，然后由EDA编译器和综合器将此状态变化流程图形编译综合成电路网表。第6
35、4页/共83页第63页/共83页1.6 EDA 技术的设计流程 （2）波形图输入：是将待设计的电路看成是一个黑盒子，只需告诉EDA工具黑盒子电路的输入和输出时序波形图，EDA工具即能据此完成黑盒子电路的设计。（3）原理图输入：是将逻辑器件(符号)用连接线进行连接，图中的逻辑器件可以是EDA软件库中预制的功能模块，如与门、非门、或门、触发器以及各种含74系列器件功能的宏功能块，甚至还有一些类似于IP的功能块。第65页/共83页第64页/共83页1.6 EDA 技术的设计流程2HDL文本输入 将使用了某种硬件描述语言的电路设计文本，如VHDL或Verilog HDL的源程序，进行编辑输入。当然，在
36、一定的条件下，情况会有所改变。目前有些EDA输入工具可以把图形的直观与HDL的优势结合起来。第66页/共83页第65页/共83页1.6 EDA 技术的设计流程设计综合与适配 1综合 综合过程将把软件设计的HDL描述与硬件结构挂钩，是将电路的高级语言(如行为描述)转换成低级的，可与FPGACPLD的基本结构相映射的网表文件或程序。第67页/共83页第66页/共83页1.6 EDA 技术的设计流程 2适配 适配器也称结构综合器，它的功能是将由综合器产生的网表文件配置于指定的目标器件中，使之产生最终的下载文件，如JEDEC、Jam格式的文件。适配所选定的目标器件(FPGA/CPLD芯片)必须属于原综
37、合器指定的目标器件系列。第68页/共83页第67页/共83页1.6 EDA 技术的设计流程仿真1.功能仿真 是直接对VHDL、原理图描述或其他描述形式的逻辑功能进行测试模拟，以了解其实现的功能是否满足原设计的要求，仿真过程不涉及任何具体器件的硬件特性。不经历综合与适配阶段，在设计项目编辑编译后即可进入门级仿真器进行模拟测试。第69页/共83页第68页/共83页1.6 EDA 技术的设计流程 2.时序仿真 就是接近真实器件运行特性的仿真，仿真文件中已包含了器件硬件特性参数，因而，仿真精度高。但时序仿真的仿真文件必须来自针对具体器件的综合器与适配器。综合后所得的EDIF等网表文件通常作为FPGA适
38、配器的输入文件，产生的仿真网表文件中包含了精确的硬件延迟信息。第70页/共83页第69页/共83页1.6 EDA 技术的设计流程编程、配置 把适配后生成的下载或配置文件，通过编程器或编程电缆向FPGA或CPLD下载，以便进行硬件调试和验证。通常，将对CPLD的下载称为编程(Program)，对FPGA中的SRAM进行直接下载的方式称为配置(Configure)。第71页/共83页第70页/共83页1.6 EDA 技术的设计流程硬件验证 最后是将含有载入了设计的FPGA或CPLD的硬件系统进行统一测试，以便最终验证设计项目在目标系统上的实际工作情况，以排除错误，改进设计。第72页/共83页第71
39、页/共83页1.7 传统设计方法和 EDA设计方法的比较传统设计方法 传统设计方法采用自下而上（Bottom-up)的设计方法，是以固定功能元件为基础，基于电路板的设计方法，如图1.2所示。图图1.2 传统设计方法流程传统设计方法流程第73页/共83页第72页/共83页1.7 传统设计方法和 EDA设计方法的比较传统设计方法的缺点：（1）设计依赖于设计师的经验。（2）设计依赖于现有的通用元器件。（3）设计后期的仿真不易实现和调试复杂。（4）自下而上设计思想的局限。（5）设计实现周期长，灵活性差，耗时耗力，效率低下。第74页/共83页第73页/共83页1.7 传统设计方法和 EDA设计方法的比较
40、设计方法 设计思想不同：自上而下（Top-Down)的设计方法。自上而下是指将数字系统的整体逐步分解为各个子系统和模块，若子系统规模较大，则还需将子系统进一步分解为更小的子系统和模快，层层分解，直至整个系统中各个子系统关系合理，并便于逻辑电路级的设计和实现为止。自上而下设计中可逐层描述，逐层仿真，保证满足系统指标，如图1.3所示。第75页/共83页第74页/共83页1.7 传统设计方法和 EDA设计方法的比较图图1.3 EDA设计方法流程设计方法流程第76页/共83页第75页/共83页1.7 传统设计方法和 EDA设计方法的比较EDA方法特点：1.自上至下。2.可编程逻辑器件为载体。3.系统设
41、计的早期进行仿真和修改。4.多种设计文件，发展趋势以 HDL描述文件为主。5.降低硬件电路设计难度。第77页/共83页第76页/共83页1.8 EDA技术的发展趋势 EDA技术发展趋势表现在如下几个方面：1.超大规模集成电路的集成度和工艺水平不断提高，深亚微米(Deep-Submicron)工艺，如0.13gm、90nm已经走向成熟，在一个芯片上完成系统级的集成已成为可能。第78页/共83页第77页/共83页1.8 EDA技术的发展趋势 2.由于工艺线宽的不断减小，在半导体材料上的许多寄生效应已经不能简单地被忽略。3.降低电子系统的成本、减小系统的体积等，从而对系统的集成度不断提出更高的要求。
42、同时，设计的速度也成了一个产品能否成功的关键因素，促使EDA工具和IP核应用更为广泛。第79页/共83页第78页/共83页1.8 EDA技术的发展趋势4.高性能的EDA工具得到长足的发展，其自动化和智能化程度不断提高，为嵌入式系统设计提供了功能强大的开发环境。5.计算机硬件平台性能大幅度提高，为复杂的SoC设计提供了物理基础。第80页/共83页第79页/共83页1.8 EDA技术的发展趋势 6.PLD厂商不把CPU的硬核直接嵌入在FPGA中，而使用了软IP核，并称之为SOPC(可编程片上系统)，可以完成更加复杂电子系统的设计。第81页/共83页第80页/共83页1.8 EDA技术的发展趋势 7.传统ASIC和FPGA之间的界限正变得模糊。系统级芯片不仅集成RAM和微处理器，也集成FPGA。整个EDA和IC设计工业都朝这个方向发展。第82页/共83页第81页/共83页思考题与习题1.简述EDA 技术的含义。2.简述EDA 技术的发展过程及发展趋势。3.什么是广义的EDA技术？4.什么是狭义的EDA技术？5.简述EDA技术的开发流程。6.什么是功能仿真？7.什么是时序仿真？8.简述传统设计方法和 EDA设计方法的区别。第83页/共83页第82页/共83页感谢您的观看！第83页/共83页