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1、第1讲设计自动化第1页，此课件共33页哦考试成绩n平时成绩（30分）上机实验（20分）、平时考勤（10分）n期末考试（70分）第2页，此课件共33页哦第3页，此课件共33页哦第4页，此课件共33页哦教学目的n了解用EDA工具设计电子线路的基本方法和EDA工具的基本理论和技术。n利用EDA工具设计集成电路。第5页，此课件共33页哦预备知识1.硬件设计的基础知识n数字逻辑n计算机组成原理2.算法的基础知识n程序设计语言（C、PASCAL）n数据结构第6页，此课件共33页哦课程内容课程内容第一章 绪论第二章 现代可编程逻辑器件第三章 现代数字系统设计第四章 VHDL语言基础第五章 可编程逻辑器件的开
2、发系统第六章 逻辑电路设计实例第7页，此课件共33页哦学习重点及学习方法学习重点及学习方法n学习重点学习重点硬件描述语言、硬件描述语言、软件开发工具软件开发工具n 学习方法学习方法抓住一个重点：抓住一个重点：VHDL的编程的编程掌握掌握EDA工具：工具：MAXPLUS II运用三种手段：运用三种手段：案例分析、应用设计、上机实践案例分析、应用设计、上机实践第8页，此课件共33页哦教学基本要求教学基本要求n正确认识课程的用途、特点及对专业技能的影响。正确认识课程的用途、特点及对专业技能的影响。n充分利用网络，提高自学能力。注重相互交流，共同提高。充分利用网络，提高自学能力。注重相互交流，共同提高
3、。n请同学们课堂上注意听讲并在讲义中补充课堂笔记，请同学们课堂上注意听讲并在讲义中补充课堂笔记，认真认真独立做好实验独立做好实验。n充分利用上机时间、多编程练习。充分利用上机时间、多编程练习。第9页，此课件共33页哦第1章 绪论n知识点：知识点：常用的专业术语常用的专业术语 EDA的含义的含义 EDA设计流程设计流程 EDA工具各模块的主要功能工具各模块的主要功能 第10页，此课件共33页哦EDA:Electronic Design Automation 电子设计自动化电子设计自动化PLD:Programmable Logical Device 可编程逻辑器件可编程逻辑器件CPLD:Compl
4、ex Programmable Logical Device复杂可编程逻辑器件复杂可编程逻辑器件FPGA:Field Programmable Gates Array 现场可编程门阵列现场可编程门阵列常用专业术语常用专业术语HDL:Hardware Description Language 硬件描述语言硬件描述语言ASIC:Application Specific Integrated Circuit专用集成电路专用集成电路SOC:System On a Chip 片上系统（系统级芯片）片上系统（系统级芯片）ISP：In System Programmable 芯片在系统可编程芯片在系统可编程
5、第11页，此课件共33页哦1.1 EDA技术及发展技术及发展 EDA技术的发展与集成电路的发展相伴而行技术的发展与集成电路的发展相伴而行nSSI：小规模集成电路：小规模集成电路nMSI：中：中规模集成电路规模集成电路nLSI：大：大规模集成电路规模集成电路nVLSI：超大：超大规模集成电路规模集成电路nASIC：Application Specific Integrated Circuit专用集成电路专用集成电路nSOC：System On a Chip系统级芯片（片上系统）系统级芯片（片上系统）第12页，此课件共33页哦系统级芯片结构的示意图 第13页，此课件共33页哦VLSI的分类 1.按
6、工艺分类，最主要的有：金属氧化物半导体（Metal Oxide Semiconductor,MOS）工艺；晶体管-晶体管逻辑（Transistor-Transistor Logic,TTL）；发射极耦合逻辑（Emitter Coupled Logic,ECL）。第14页，此课件共33页哦2.按生产目的分类：通用集成电路；专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit,ASIC）。3.按实现方式（设计风格）分类：全定制（Full-Custom）方式；半定制（Semi-Custom）方式；可编程逻辑器件（Programmable Logical Dev
7、ice）方式；第15页，此课件共33页哦1.1 EDA技术及发展技术及发展 1.EDA技术的含义技术的含义nEDA-Electronic Design Automation(电子设计自动化电子设计自动化)EDA技术以计算机为工具，代替人完成数字系统的逻辑综合、布局布线和技术以计算机为工具，代替人完成数字系统的逻辑综合、布局布线和设计仿真等工作。设计人员只需要完成对系统功能的描述，就可以由计算设计仿真等工作。设计人员只需要完成对系统功能的描述，就可以由计算机软件进行处理，得到设计结果，而且修改设计如同修改软件一样方便，机软件进行处理，得到设计结果，而且修改设计如同修改软件一样方便，可以极大地提高
8、设计效率。可以极大地提高设计效率。第16页，此课件共33页哦EDA技术伴随着计算机、集成电路和电子系统设计的发技术伴随着计算机、集成电路和电子系统设计的发展，经历了计算机辅助设计展，经历了计算机辅助设计(Computer Assist Design，CAD)、计算机辅助工程设计计算机辅助工程设计(Computer Assist Engineering Design，CAED)电子设计自动化电子设计自动化(Electronic Design Automation，EDA)三个阶段三个阶段 20世纪世纪70年代的计算机辅助设计年代的计算机辅助设计(CAD)阶段阶段 20世纪世纪80年代的计算机辅助
9、工程设计年代的计算机辅助工程设计(CAED)阶段阶段 20世纪世纪90年代初电子系统设计自动化年代初电子系统设计自动化(EDA)阶段阶段 2.EDA技术的发展概况技术的发展概况第17页，此课件共33页哦l缩短设计周期缩短设计周期 计算机模拟代替搭实验电路计算机模拟代替搭实验电路l提高设计质量提高设计质量 灵敏度分析、容差分析、成品率模拟、最坏情况分析、优化设计等灵敏度分析、容差分析、成品率模拟、最坏情况分析、优化设计等l共享设计资源共享设计资源 成熟的单元设计及各种模型和模型参数均放在数据库中成熟的单元设计及各种模型和模型参数均放在数据库中l较强的数据处理能力较强的数据处理能力 计算机存储量大
10、、数据处理能力强，设计完后，可以很方便地生成各计算机存储量大、数据处理能力强，设计完后，可以很方便地生成各种数据文件和报表文件种数据文件和报表文件l节省设计费用节省设计费用 3.EDA技术的优点技术的优点第18页，此课件共33页哦1.2 可编程逻辑器件的发展概况可编程逻辑器件的发展概况 ASIC的的设设计计与与制制造造，已已不不再再完完全全由由半半导导体体厂厂商商独独立立承承担担，系系统统设设计计师师在在实实验验室室里里就就可可以以设设计计出出合合适适的的ASIC芯芯片片，并并且且立立即即投投入入实实际际应应用用之之中中，这这都都得得益益于于可可编编程程逻逻辑辑器器件件PLD的的出出现现。现现
11、在在应应用用最最广广泛泛的的PLD主主要要是是现现场场可可编编程程门门阵阵列列FPGA、复杂可编程逻辑器件、复杂可编程逻辑器件CPLD。最最早早的的PLD是是1970年年制制成成的的PROM(Programmable Read Only Memory)，即即可可编编程程只只读读存存储储器器。PROM采采用用熔熔丝丝工工艺艺编编程程，只只能能写写一一次次，不不能能擦擦除除和和重重写写。随随着着技技术术的的发发展展和和应应用用要要求求，此此后后又又出出现现了了UVEPROM(紫紫外外线线可可擦擦除除只只读读存存储储器器)、EEPROM(电电可可擦擦除除只只读读存存储储器器)，由由于于它它们们价价格
12、格低低，易易于于编编程程，速速度度低低，因因此此主要用作存储器。主要用作存储器。可可编编程程逻逻辑辑阵阵列列PLA(Programmable Logic Array)于于20世世纪纪70年年代代中中期期出出现现，它它是是由由可可编编程程的的与与阵阵列列和和可可编编程程的的或或阵阵列列组组成成，但但由由于于器器件件的的资资源源利利用用率率低低，价格较贵，编程复杂，支持价格较贵，编程复杂，支持PLA的开发软件有一定难度，因而没有得到广泛应用。的开发软件有一定难度，因而没有得到广泛应用。第19页，此课件共33页哦 可编程阵列逻辑可编程阵列逻辑PAL(Programmable Array Logic)
13、器件是器件是1977年美国年美国MMI公司公司(单片存储器公司单片存储器公司)率先推出的，器件的工作速度很高。由于它的输出结构种类很多，设计率先推出的，器件的工作速度很高。由于它的输出结构种类很多，设计很灵活，因而成为第一个得到普遍应用的可编程逻辑器件。很灵活，因而成为第一个得到普遍应用的可编程逻辑器件。通通用用阵阵列列逻逻辑辑器器件件GAL(Generic Array Logic)器器件件是是1985年年Lattice公公司司最最先先发发明明的的可可电电擦擦写写、可可重重复复编编程程、可可设设置置加加密密位位的的PLD。在在实实际际应应用用中中，GAL器器件件对对PAL器器件件仿仿真真具具有
14、有百百分分之之百百的的兼兼容容性性，所所以以GAL几几乎乎完完全全代代替替了了PAL器器件件，并并可以取代大部分可以取代大部分SSI、MSI数字集成电路，因而获得广泛应用。数字集成电路，因而获得广泛应用。可擦除可编程逻辑器件可擦除可编程逻辑器件EPLD(Erasable PLD)是是20世纪世纪80年代中期年代中期Altera公司推出公司推出的基于的基于UVEPROM和和CMOS技术的技术的PLD，后来发展到采用，后来发展到采用E2CMOS工艺制作的工艺制作的PLD。从某种意义上讲从某种意义上讲EPLD是改进的是改进的GAL，灵活性较，灵活性较GAL有较大改善，集成密度大幅度提高，有较大改善，
15、集成密度大幅度提高，内部连线相对固定，延时小，有利于器件在高频率下工作，但内部互连能力十分弱。内部连线相对固定，延时小，有利于器件在高频率下工作，但内部互连能力十分弱。第20页，此课件共33页哦 复杂可编程逻辑器件复杂可编程逻辑器件CPLD(Complex PLD)是是20世纪世纪80年代末年代末Lattice公司提出的公司提出的在线可编程在线可编程(ISP，In System Programmability)技术以后于技术以后于20世纪世纪90年代初出现的。年代初出现的。CPLD是在是在EPLD的基础上发展起来的。其典型器件有的基础上发展起来的。其典型器件有Altera的的MAX7000系列
16、，系列，Xilinx的的7000和和9500系列，系列，Lattice的的PLSI/ispLSI系列和系列和AMD的的MACH系列。系列。现场可编程门阵列现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable GateArray)器件是器件是Xilinx公司公司1985年首家推出的年首家推出的FPGA出现后受到电子设计工程师的普遍欢迎，发展十分出现后受到电子设计工程师的普遍欢迎，发展十分迅速。迅速。Xilinx、Altera和和Actel等公司都提供高性能的等公司都提供高性能的FPGA芯片。芯片。第21页，此课件共33页哦PLD器件器件第22页，此课件共33页哦1.3 EDA系统软件与
17、器件系统软件与器件 目前目前EDA已形成两大主流：已形成两大主流：1由软件公司开发的设计、制版、仿真和测试系统软件。由软件公司开发的设计、制版、仿真和测试系统软件。2由器件公司研制、以由器件公司研制、以PLD器件为主的数字电路系统设器件为主的数字电路系统设计开发软件计开发软件第23页，此课件共33页哦由软件公司开发的几种软件由软件公司开发的几种软件 lPSPICE(Personal Simulation Program With Integrated Circuit Emphasis)用于模拟电路的设计与仿真分析用于模拟电路的设计与仿真分析 美国美国Microsim公司出版公司出版lORCAD
18、 用用于于印印刷刷电电路路板板设设计计和和电电路路图图绘绘制制、数数字字逻逻辑辑模模拟拟和和PLD设设计计 美国美国ORCAD System公司推出公司推出lPROTEL用用于于电电原原理理图图设设计计、自自动动布布线线、制制版版及及信信号号波波形形分分析析，是是一一种种通通用设计软件用设计软件 澳大利亚澳大利亚POTEL 公司推出公司推出lORCAD/PSPICE 9 由由ORCAD公公司司与与Microsim公公司司联联合合后后推推出出的的软软件，增加了数模混合模拟与系统优化设计功能件，增加了数模混合模拟与系统优化设计功能lEWB（Electronic Work Bench）加加拿拿大大I
19、nteractive Image Technologies公公司司(IIT)推推出出，其其第第6版版更更名名为为Multisim 2000。可可用用于于电电原原理理图图创创建建（元元件件库库可可扩扩充充、模模型型与与参参数数可可以以修修改改）、电电路路的的仿仿真真测测试试和和分分析析，并并有有10种种虚虚拟拟仪仪器器供供分分析析测测试试使使用用。无无印印制制版版设设计计和和自自动布线功能。动布线功能。1.3 EDA系统软件系统软件第24页，此课件共33页哦l 可编程逻辑器件可编程逻辑器件 PLD(Programmable Logic Device)是用于专用集成是用于专用集成电路电路ASIC(
20、Application Specific Integrated Circuit)的设计的通用的设计的通用器件，逻辑功能由用户对器件编程设定器件，逻辑功能由用户对器件编程设定1.3 EDA系统软件系统软件PLD的主要开发软件及开发商的主要开发软件及开发商 n CPLD开发软件开发软件Max Plus II(Quartus)Altera公司公司nFPGA开发软件开发软件FundationXiLinX公司公司n ISPLSI开开发发软软件件 Expert(Synario)Lattice公公司司集集成成化化开开发发系系统统软件包软件包 优秀优秀PLD开发程序的集成开发程序的集成 n XACT5.0 X
21、inLinX公司公司n ISP Synario SystemLattice公司公司第25页，此课件共33页哦1.4 硬件描述语言及硬件描述语言及IEEE标准标准 1、硬件描述语言、硬件描述语言硬件描述语言硬件描述语言HDL是是EDA技术中的重要组成部分，技术中的重要组成部分，每个开发系统都有自每个开发系统都有自己的描述语言，为便于各系统间兼容，己的描述语言，为便于各系统间兼容，IEEE公布了几种标准语言。最公布了几种标准语言。最常用的是以下两种：常用的是以下两种：nVHDL(Very hight speed integrated circuit Hardware Describe Langua
22、ge)超高速集成电路硬件描述语言。美国国防部超高速集成电路硬件描述语言。美国国防部1985年推出年推出n Verilog HDL是美国是美国Gateway Design Automation于于1983年开发的逻年开发的逻辑模拟器辑模拟器VerilogXL所用的硬件描述语言。所用的硬件描述语言。第26页，此课件共33页哦2、硬件描述语言的综合、硬件描述语言的综合第27页，此课件共33页哦假设我们需要建造一栋楼房，需要几步？假设我们需要建造一栋楼房，需要几步？第一，进行第一，进行“建筑设计建筑设计”用设计图纸把建筑设想表示出来；用设计图纸把建筑设想表示出来；第二，进行第二，进行“建筑预算建筑预算
23、”根据投资规模、拟建楼房的结构及有根据投资规模、拟建楼房的结构及有关建房的经验数据等计算需要多少基本的建筑材料关建房的经验数据等计算需要多少基本的建筑材料(如砖、水泥、如砖、水泥、预制块、门、窗户等预制块、门、窗户等)；1.5 EDA设计流程设计流程第第三三，根根据据建建筑筑设设计计和和建建筑筑预预算算进进行行“施施工工设设计计”这这些些砖砖、水水泥泥、预制块、门、窗户等具体砌在房子的什么部位，相互之间怎样连接；预制块、门、窗户等具体砌在房子的什么部位，相互之间怎样连接；第第四四，根根据据施施工工图图进进行行“建建筑筑施施工工”将将这这些些砖砖、水水泥泥、预预制制块、门、窗户等按照规定施工建成
24、一栋楼房；块、门、窗户等按照规定施工建成一栋楼房；最最后后，施施工工完完毕毕后后，还还要要进进行行“建建筑筑验验收收”检检验验所所建建楼楼房房是是否否符符合合设设计要求。计要求。第28页，此课件共33页哦n设计输入：设计输入：将设计的系统或电路以开发软件要求的某种形式表示出来，将设计的系统或电路以开发软件要求的某种形式表示出来，并送入计算机的过程。并送入计算机的过程。3种设计输入形式：种设计输入形式：n图形设计输入方式图形设计输入方式：容易实现仿真，便于信号的观察和电路的调整：容易实现仿真，便于信号的观察和电路的调整n文本方式设计输入方式文本方式设计输入方式：目前最常用的输入方式：目前最常用的
25、输入方式n 波形输入方式波形输入方式：适用于时序逻辑和有重复性的逻辑函数：适用于时序逻辑和有重复性的逻辑函数1.5 EDA设计流程设计流程n综合（综合（synthesis）：）：将电路的高级语言描述转换为低级的、可与将电路的高级语言描述转换为低级的、可与FPGA/CPLD或构成或构成ASIC的门阵列基本结构相映射的网表文件的门阵列基本结构相映射的网表文件网表文件：网表文件：按照某种规定描述电路的基本组成及如何相互连接的文件按照某种规定描述电路的基本组成及如何相互连接的文件第29页，此课件共33页哦n 目标器件的布线目标器件的布线/适配适配将将综综合合器器产产生生的的网网表表文文件件针针对对具具
26、体体的的目目标标器器件件进进行行逻逻辑辑映映射射，产产生生可可用用于于编编程的文件。程的文件。1.5 EDA设计流程设计流程n 仿真仿真时序仿真与功能仿真时序仿真与功能仿真n 编程下载和硬件测试编程下载和硬件测试第30页，此课件共33页哦1.6 EDA工具的组成模块工具的组成模块 EDA工具大致可以分为工具大致可以分为5个模块个模块n设计输入编辑器设计输入编辑器n仿真器仿真器nHDL综合器综合器n适配器（或布局布线器）适配器（或布局布线器）n下载器下载器第31页，此课件共33页哦MAX+PLUS II软件组成设计输入项目编译Compiler项目校验器件编程MAX+PLUS IIMAX+PLUS
27、 II时间分析器时间分析器Time AnalyzerTime AnalyzerMAX+PLUS IIMAX+PLUS II图形编辑器图形编辑器Graphic editorGraphic editorMAX+PLUS IIMAX+PLUS II文本编辑器文本编辑器Text editorMAX+PLUS IIMAX+PLUS II编程器编程器ProgrammerProgrammer编译器编译器网表提取器网表提取器适配适配逻辑逻辑 综合器综合器数据库数据库建库器建库器MAX+PLUS IIMAX+PLUS II信息处理器信息处理器MessagesMessages和和层次显示层次显示Hierarchy
28、 DisplayHierarchy DisplayMAX+PLUS IIMAX+PLUS II波形编辑器波形编辑器Waveform EditorWaveform EditorMAX+PLUS IIMAX+PLUS II仿真器仿真器SimulaterSimulater第32页，此课件共33页哦学习学习EDA到底到底有什么用呢？有什么用呢？真有趣，可以按自己的想法设计一个芯片！真有趣，可以按自己的想法设计一个芯片！我也要参加全国大学生电子我也要参加全国大学生电子设计竞赛！设计竞赛！呀，毕业设计正好能用得上哎！呀，毕业设计正好能用得上哎！原来在一个芯片里就可以设计一个原来在一个芯片里就可以设计一个完整的计算机系统呀！完整的计算机系统呀！找工作时也算得上一技之长哦！找工作时也算得上一技之长哦！第33页，此课件共33页哦