第一章――EDA技术的概论课件

LOGOEDAEDA技术及应用技术及应用技术及应用技术及应用EDA技术及应用技术及应用v本课程的安排：本课程的安排：学时数：学时数：28学时（课堂学时（课堂16学时学时,实验实验12学时）学时）v课堂教学内容：课堂教学内容：第一章：第一章：EDA技术概况技术概况 第三章：第三章：VHDL编程基础编程基础 第四章：第四章：MAX+PLUSII开发系统开发系统 Company LogoEDA技术及应用技术及应用第一章：第一章：EDA技术的概论技术的概论Company LogoEDA技术及应用技术及应用v1.1 EDA技术及其发展技术及其发展 1.什么是什么是EDA？Electronic Design Automation 电子设计自动化电子设计自动化基础课程：数字电路：数字电路的基本设计方法基础课程：数字电路：数字电路的基本设计方法 EDA技术发展的三个阶段：技术发展的三个阶段：vEDA技术的发展过程：技术的发展过程：Company LogoEDA技术及应用技术及应用v（1）20世纪世纪70年代，属年代，属EDA发展初期。利用计算机、发展初期。利用计算机、二维图形编辑与分析的二维图形编辑与分析的CAD工具，完成布图布线等高度工具，完成布图布线等高度重复性的繁杂工作。重复性的繁杂工作。v典型设计软件如：典型设计软件如：Tango布线软件。布线软件。v（2）计算机辅助工程设计）计算机辅助工程设计CAE阶段：阶段：20世纪世纪80年代初，年代初，出现了低密度的的可编程逻辑器件出现了低密度的的可编程逻辑器件（PAL_Programmable Array Logic和和GAL_Generic Array Logic)，相应的，相应的EDA开发工具开发工具主要解决电路设计没有完成之前的功能检测等问题。主要解决电路设计没有完成之前的功能检测等问题。80年代后期，年代后期，EDA工具已经可以进行初级的设计描工具已经可以进行初级的设计描述、综合、优化和设计结果验证。述、综合、优化和设计结果验证。Company LogoEDA技术及应用技术及应用v（3）电子设计自动化（）电子设计自动化（EDA）阶段：）阶段：20世纪世纪90年代，可编程逻辑器件迅速年代，可编程逻辑器件迅速发展，出现功能强大的全线发展，出现功能强大的全线EDA工具。具有较强工具。具有较强抽象描述能力的硬件描述语言（抽象描述能力的硬件描述语言（VHDL、Verilog HDL)及高性能综合工具的使用，使过及高性能综合工具的使用，使过去单功能电子产品开发转向系统级电子产品开发去单功能电子产品开发转向系统级电子产品开发（即（即Soc_system on a Chip：单片系统或片：单片系统或片上系统集成）上系统集成）开始实现开始实现“概念驱动工程概念驱动工程”（Concept Driver Engineering,CDE)的梦想。的梦想。Company LogoEDA技术及应用技术及应用vEDA的广义定义范围包括：的广义定义范围包括：半导体工艺设计自动化、半导体工艺设计自动化、可编程器件设计自动化、可编程器件设计自动化、电子系统设计自动化、电子系统设计自动化、印刷电路板设计自动化、印刷电路板设计自动化、仿真与测试、故障诊断自动化、仿真与测试、故障诊断自动化、形式验证自动化形式验证自动化统称为统称为EDA工程。工程。Company LogoEDA技术及应用技术及应用vEDA技术的狭义定义技术的狭义定义:以以大规模可编程逻辑器件大规模可编程逻辑器件为设计载体为设计载体,以以硬件硬件描述语言描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以为系统逻辑描述的主要表达方式，以计计算机、大规模可编程器件算机、大规模可编程器件的的开发软件开发软件及及实验开发实验开发系统系统为设计工具，自动完成用软件方式描述的电为设计工具，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，分割、逻辑综合及优化、布局布线、逻辑仿真，直到完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映直到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，最终形成集成电子系统或射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门多学科融合的新技术。专用集成芯片的一门多学科融合的新技术。Company LogoEDA技术及应用技术及应用v传统的设计方法与传统的设计方法与EDA方法的区别：方法的区别：传统设计方法：自下而上（传统设计方法：自下而上（Bottom-up)系统测试与性能分析系统测试与性能分析 完整系统构成完整系统构成 电路板设计电路板设计 固定功能元件固定功能元件Company LogoEDA技术及应用技术及应用v传统设计方法的缺点：传统设计方法的缺点：1.设计依赖于手工和经验设计依赖于手工和经验2.设计依赖于现有的通用元器件设计依赖于现有的通用元器件3.设计后期的仿真与调试设计后期的仿真与调试4.自下而上的设计思想的缺陷自下而上的设计思想的缺陷5.设计实现周期长，灵活性差，耗时耗力，效率设计实现周期长，灵活性差，耗时耗力，效率低下。低下。Company LogoEDA技术及应用技术及应用vEDA设计方法：设计方法：设计思想不同：设计思想不同：自上而下（自上而下（Top-down)的设计方法。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块，层层子系统进一步分解为更小的子系统和模块，层层分解，直至整个系统中各个子系统关系合理，并分解，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。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，保证自上而下设计中可逐层描述，逐层仿真，保证满足系统指标。满足系统指标。Company LogoEDA技术及应用技术及应用vEDA设计方法设计方法:系统规格设计系统规格设计（Top-down)功能级描述、仿真功能级描述、仿真 模块化分、仿真模块化分、仿真 逻辑综合、优化、布局布线逻辑综合、优化、布局布线 定时仿真、定时检查定时仿真、定时检查 输出门级网表输出门级网表 ASIC芯片投片、芯片投片、PLD器件编程、测试器件编程、测试 ASIC：Application Specific Integrated CircuitsCompany LogoEDA技术及应用技术及应用v与传统的基于电路板的设计方法不同，与传统的基于电路板的设计方法不同，EDA技术技术是基于芯片的设计是基于芯片的设计 可编程逻辑器件可编程逻辑器件 芯片设计芯片设计 电路板构成电路板构成 电子系统电子系统Company LogoEDA技术及应用技术及应用v描述方式不同：描述方式不同：传统设计方法采用电路图为主；传统设计方法采用电路图为主；EDA设计方法以硬件描述语言（设计方法以硬件描述语言（HDL_Hard descripation lauguage)为主。为主。v设计手段不同：设计手段不同：传统设计方法以手工设计为主。传统设计方法以手工设计为主。EDA设计方法为自动实现。其方案验证与设计、设计方法为自动实现。其方案验证与设计、系统逻辑综合、布局布线，性能仿真、器件编程系统逻辑综合、布局布线，性能仿真、器件编程等均由等均由EDA工具一体化完成。工具一体化完成。Company LogoEDA技术及应用技术及应用v传统方法：传统方法：1.自下至上的自下至上的（BottomUp)2.通用的逻辑元、器件通用的逻辑元、器件3.系统硬件设计的后期进系统硬件设计的后期进行仿真和调试行仿真和调试4.主要设计文件是电原图主要设计文件是电原图5.手工实现手工实现vEDA方法：方法：1.自上至下（自上至下（Topdown)2.PLD(可编程逻辑器件）可编程逻辑器件）3.系统设计的早期进行仿真系统设计的早期进行仿真和修改和修改4.多种设计文件，发展趋势多种设计文件，发展趋势以以HDL描述文件为主描述文件为主5.自动实现自动实现传统方法与传统方法与EDA方法比较：方法比较：EDA技术极大的降低硬件电路设计难度，提高设计效技术极大的降低硬件电路设计难度，提高设计效率，是电子系统设计方法的质的飞跃。率，是电子系统设计方法的质的飞跃。Company LogoEDA技术及应用技术及应用v1.3EDA技术的主要内容：技术的主要内容：实现载体：大规模可编程逻辑器件实现载体：大规模可编程逻辑器件 （PLD_Programmable Logic Device)描述方式：硬件描述语言描述方式：硬件描述语言 （HDL_Hard descripation lauguage)VHDL、Verlog HDL等等 设计工具：开发软件、开发系统设计工具：开发软件、开发系统 硬件验证：实验开发系统硬件验证：实验开发系统Company LogoEDA技术及应用技术及应用v大规模可编程逻辑器件：大规模可编程逻辑器件：FPGA_Field Programmable Gates Array CPLD_Complex Programmable Logic Device主流公司：主流公司：xilinx、Altera、latticeFPGA/CPLD显著优点：显著优点：开发周期短、投资风险小、产品上市速度快、开发周期短、投资风险小、产品上市速度快、市场适应能力强、硬件修改升级方便市场适应能力强、硬件修改升级方便Company LogoEDA技术及应用技术及应用v硬件描述语言：硬件描述语言：VHDL：IEEE标准，系统级抽象能力较强。标准，系统级抽象能力较强。Vrilog：IEEE标准，门级开关电路描述较强。标准，门级开关电路描述较强。ABEL：系统级抽象描述能力差，适合于门级电：系统级抽象描述能力差，适合于门级电路描述。路描述。Company LogoEDA技术及应用技术及应用v3.软件开发工具软件开发工具 EDA开发工具分为：开发工具分为：集成化的开发系统：集成化的开发系统：特定功能的开发软件：综合软件特定功能的开发软件：综合软件 仿真软件仿真软件Company LogoEDA技术及应用技术及应用v集成化的开发系统：集成化的开发系统：Altera公司：公司：QuartusII、MaxplusII系列系列 Xilinx公司：公司：ISE Foundation Aillance系系列列 Lattice公司：公司：ispDesignEXPERT系列系列Company LogoEDA技术及应用技术及应用v1.4 EDA软件系统的构成软件系统的构成1.设计输入子模块设计输入子模块2.用图形编辑器、文本编辑器作设计描述，完用图形编辑器、文本编辑器作设计描述，完成语义正确性、语法规则的检查。成语义正确性、语法规则的检查。2.设计数据库子模块设计数据库子模块3.系统的库单元、用户的设计描述、中间设计系统的库单元、用户的设计描述、中间设计结果。结果。3.分析验证子模块分析验证子模块4.各个层次的模拟验证、设计规则的检查、各个层次的模拟验证、设计规则的检查、故障诊断。故障诊断。Company LogoEDA技术及应用技术及应用4.综合仿真子模块综合仿真子模块5.实现从高层抽象描述向低层次描述的自动转实现从高层抽象描述向低层次描述的自动转换，及各个层次的仿真验证。换，及各个层次的仿真验证。5.布局布线子模块布局布线子模块6.完成由逻辑设计到物理实现的映射。完成由逻辑设计到物理实现的映射。Company LogoEDA技术及应用技术及应用v1.5EDA技术及技术及EDA工具的发展趋势工具的发展趋势1.EDA技术的发展趋势技术的发展趋势2.广度上广度上:大型机大型机-工作站工作站-微机微机3.深度上深度上:ESDA(Electronic System Design 4.Automation)5.CE(Concurrent Engineering并行并行设设 6.计工程计工程)7.单芯片集成单芯片集成(SOC/SOPC:System on a 8.programmable Chip)Company LogoEDA技术及应用技术及应用2.EDA工具的发展趋势工具的发展趋势3.1)输入工具输入工具4.发展趋势是以硬件描述语言发展趋势是以硬件描述语言(DHL)为主。为主。5.2）混合信号处理能力）混合信号处理能力6.数数/模混合信号的处理模混合信号的处理7.数字信号的描述：数字信号的描述：VHDL、VerilogHDL8.模拟信号的描述：模拟信号的描述：AHDL9.微波信号的描述：微波信号的描述：MHDLCompany LogoEDA技术及应用技术及应用3.仿真工具：仿真工具：4.仿真分为：仿真分为：5.功能仿真（前仿真、系统级仿真、行为仿真）功能仿真（前仿真、系统级仿真、行为仿真）6.验证系统的功能。验证系统的功能。7.时序仿真（后仿真、电路级仿真）时序仿真（后仿真、电路级仿真）8.验证系统的时序特性、系统性能。验证系统的时序特性、系统性能。9.仿真是系统验证的的主要手段，是整个电子设计过仿真是系统验证的的主要手段，是整个电子设计过 10.程中花费时间最多的环节。程中花费时间最多的环节。4.综合工具综合工具5.综合：由高层次描述自动转换为低层次描述的过程。是综合：由高层次描述自动转换为低层次描述的过程。是EDA技术的核心。技术的核心。Company LogoEDA技术及应用技术及应用v1.6EDA的工程设计流程的工程设计流程文本编程器、图形编辑器VHDL综合器（逻辑综合、优化）FPGA/CPLD布线/适配器自动优化、布局、布线/适配编程器/下载电缆（编程、下载）VHDL仿真器（行为仿真、功能仿真、时序仿真）测试电路（硬件测试）网表文件（EDIF，XNF，VHDL门级仿真器（功能仿真、时序仿真）各种编程文件Company LogoEDA技术及应用技术及应用v1.7数字系统的设计方法数字系统的设计方法 自顶向下自顶向下 自底向上自底向上顶层规范描述、系统级行为设计与仿真功能模块化分、模块级行为描述与仿真由EDA工具完成综合、优化及工艺的映射、实现进行整个系统的测试与性能分析由各个功能模块连成一个完整系统由逻辑单元组成各个独立的功能模块由基本门组成各个组合与时序逻辑单元Company LogoEDA技术及应用技术及应用vEDA技术的优点：技术的优点：1.采用自顶向下的设计方式采用自顶向下的设计方式2.采用系统早期仿真采用系统早期仿真3.多种设计描述方式多种设计描述方式4.高度集成化的高度集成化的EDA开发系统开发系统5.PLD在系统（在线）编程（在系统（在线）编程（ISP）能力）能力6.可实现单片系统集成（可实现单片系统集成（SOC_System On a Chip),减少产品体积、重量，降低综合成本减少产品体积、重量，降低综合成本7.提高产品的可靠性提高产品的可靠性8.提高产品的保密程度和竞争能力提高产品的保密程度和竞争能力9.降低电子产品的功耗降低电子产品的功耗10.提高电子产品的工作速度提高电子产品的工作速度Company LogoEDA技术及应用技术及应用Company LogoEDA技术及应用技术及应用Company Logo写在最后写在最后成功的基成功的基础在于好的学在于好的学习习惯The foundation of success lies in good habits31 结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。When You Do Your Best,Failure Is Great,So DonT Give Up,Stick To The End演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日