第一章_EDA概述

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,EDA,技术,任课教师： 沈晓峰,联系地点,：科技实验大楼12-09室,电 话：83202127,E - mail:,xfshen,ee,.,uestc,.,edu,.,cn,教师社区,1,本课程安排：,学时：48学时（课堂教学28学时，上机实验20学时）,课堂教学内容：,第一章、,EDA,技术与,PLD,概述,第二章、,Altera,及,Xilinx,可编程逻辑器件,第三章、,MAX+PLUS ,开发系统入门,第四章、硬件描述语言,VHDL,第五章、实验系统箱介绍,第六章、,VHDL,设计应用实例,教学目的：,了解一类器件，掌握一门设计语言，熟悉一种设计工具。,2,实验教学内容及要求：,分5次共20学时。,实验一：一位全加器的设计;,实验二：0-999计数器及七段译码显示电路设计；,实验三：扫描显示电路设计；,实验四：数字频率计的设计及实现。（2次）,掌握,EDA,开发系统,MAX+PLUS II，,从简单的电路设计入手，到最后能够设计比较复杂的电子系统。培养利用,EDA,技术设计电路系统的实际动手能力。,实验教学目的：,了解一类可编程逻辑器件，掌握一门硬件描述,语言，熟悉使用一种,EDA,设计工具，设计自己的芯片。,3,教材及参考资料,教材：,EDA,技术及应用谭会生、张昌凡 编著,西安电子科技大学出版社,参考资料：,CPLD,技术及其应用宋万杰 等编著,西安电子科大出版社出版,VHDL,硬件描述语言与数字逻辑电路设计,侯伯亨 顾新 等编著,西安电子科技大学出版社,CPLD/FPGA,的开发和应用徐光辉 等编著,电子工业出版社出版,4,EDA,技术的相关网址：,.,cn,www.,edaclub,.net,www.,edachina,.com,5,第一章,EDA,技术概述,1.1,EDA,技术及其发展,一、什么是,EDA？,E,lectronic,D,esign,A,utomation,即电子设计自动化。,二、,EDA,技术发展的三个阶段：,1、早期电子,CAD,阶段,20世纪70年代，属,EDA,技术发展初期。利用计算机、二维图形编辑与分析的,CAD,工具，完成布图布线等高度重复性的繁杂工作。,典型设计软件如,Tango,布线软件。,6,20世纪80年代初，出现了低密度的可编程逻辑器件（,PAL_Programmable Array Logic,和,GAL_Generic Array Logic），,相应的,EDA,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。,80年代后期，,EDA,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。,2、计算机辅助工程设计,CAE,阶段,7,20世纪90年代，可编程逻辑器件迅速发展，出现功能强大的全线,EDA,工具。具有较强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，使过去单功能电子产品开发转向系统级电子产品开发（即,SOC_ System On a Chip：,单片系统、或片上系统集成,）。,开始实现,“,概念驱动工程,”,（,Concept Driver Engineering, CDE ）,的梦想。,3、电子设计自动化(,EDA),阶段,8,三、,EDA,的广义定义范围包括：,1、半导体工艺设计自动化；,2、可编程器件设计自动化；,3、电子系统设计自动化；,4、印刷电路板设计自动化；,5、仿真与测试、故障诊断自动化；,6、形式验证自动化。,以上各部分统称为,EDA,工程,9,以,大规模可编程逻辑器件,为设计载体，以,硬件描述语言,为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程器件的,开发软件,及,实验开发系统,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，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。,四、,EDA,技术的,狭义定义：,10,11,一、,传统设计方法：,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。,固定功能元件,电路板设计,完整系统构成,系统调试、测试与性能分析,系统功能需求,1.2 传统设计方法和,EDA,方法的区别：,输入,输出,12,1. 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。,传统设计方法的缺点：,13,二、,EDA,方法,：自上而下（,Top - Down),的设计方法。其方案验证与设计、系统逻辑综合、布局布线、性能仿真、器件编程等均由,EDA,工具一体化完成。,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。,14,系统规格设计,功能级描述,功能级仿真,逻辑综合、优化、布局布线,定时仿真、定时检查,输出门级网表,ASIC,芯片投片、,PLD,器件编程、测试,ASIC:Application Specific Integrated Circuits,PLD: Programmable Logic Devices,15,三、传统方法与,EDA,方法比较：,传统方法,1.从下至上,2.通用的逻辑元、器件,3.系统硬件设计的后期,进行仿真和调试,4.主要设计文件是电原,理图,EDA,方法,1.自上至下,2.,可编程逻辑器件,3.系统设计的早期进行仿,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,EDA,技术极大地,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。,16,1.3,EDA,技术的主要内容,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,（,HDL:Hard,descripation Lauguage,),VHDL、,Verlog,HDL,等,设计工具：开发软件、开发系统,硬件验证：实验开发系统,17,FPGA：Field Programmable Gates Array,CPLD：Complex Programmable Logic Device,主流公司：,Xilinx,、,Altera,、Lattice,FPGA/CPLD,显著优点：,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。,一、 大规模可编程逻辑器件,18,三类器件的主要性能指标比较,ASIC：Application Specific Integrated Circuits,19,VHDL：IEEE,标准，系统级抽象描述能力较强。,Verilog,: IEEE,标准，门级开关电路描述能力,较强。,ABEL:,系统级抽象描述能力差，适合于门级,电路描述。,二、 硬件描述语言,（,HDL_Hardware Description Language）,20,EDA,开发工具分为：,集成化的开发系统:,特定功能的开发软件：综合软件,仿真软件,三、软件开发工具,21,Altera,公司：,Quartus,、,Maxplus,系列,Xilinx,公司：,ISE、Foundation、,Aillance,系列,Lattice,公司：,ispDesignEXPERT,系列,集成化的开发系统,22,综合类：,Synplicity,公司的,Synplify,/,Synplify,Pro,Synopsys,公司的,FPGAexpress,、FPGA compiler,Mentor,公司的,LeonardoSpectrum,仿真类：,Model Tech,公司的,Modelsim,Aldec,公司的,Active HDL,Cadence,公司的,NC-,Verilog,、NC-VHDL、NC-SIM,特定功能的开发软件,23,四、实验开发系统,24,一、设计输入子模块,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。,二、设计数据库子模块,系统的库单元、用户的设计描述、中间,设计结果。,三、分析验证子模块,各个层次的模拟验证、设计规则的检查、,故障诊断。,1.4,EDA,软件系统的构成,25,四、综合仿真子模块,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。,五、布局布线子模块,完成由逻辑设计到物理实现的映射。,26,一、,EDA,技术的发展趋势,1、广度上：大型机工作站微机,2、深度上：,ESDA：（Electronic System Design,Automation ）,CE： （Concurrent Engineering,并行设,计工程）,单芯片集成：（,SOC/SOPC：System On a,Programmable Chip）,1.5,EDA,技术及,EDA,工具的发展趋势,27,ESDA：,ESDA,软件集成系统的构成和设计、仿真过程,技术要求,系统目标定义,算法建立与仿真验证,任务分解、定义设计规范,系统级仿真,硬件系统设计,VHDL、AHDL,设计,数字电路设计,模拟电路设计,综合与优化,优化设计,硬件仿真库,电路级仿真,器件模拟库,电路结构与模块划分,ASIC,方式综合优化,ASIC,模拟库,PLD、FPGA,器件库,PCB、MCM,实现方式,数模混合电路优化,PLD、FPGA,方式综合优化,电路级验证、布局布线器,设计参数提取和仿真验证,系统调试、系统测试,测试仪器仪表,行为功能,设计验证,算法软件,控制软件,设计系统,专用开发系,统微控制器,总体要求、算法建立,专用控制系统,PLD,的设计,28,并行工程（,CE）：,CE,是将电子产品及相关制造直至销售、维护全过程统一进行设计的一种方法，其核心是产品设计对象的全面可预见性。,CE,要求从管理层次上把工艺、工具、任务、智力和时间的安排协调一致，使用统一的集成化设计环境，由若干个相关的设计小组共享数据库，同步地进行设计。,并行工程（,CE）,和自上而下（,Top-Down）,设计方法被誉为构成现代电子产品开发方式的两大特征。体现了设计策略的变革。,29,电子系统的发展趋势：,SOC/,SOPC,存储器、,P、,PLD,等,多合一,30,二、,EDA,工具的发展趋势,1、输入工具,发展趋势是以硬件描述语言（,HDL）,为主。,2、混合信号处理能力,数/模混合信号的处理,数字信号的描述：,VHDL、,Verilog,HDL,模拟信号的描述：,AHDL,微波信号的描述：,MHDL,31,3、仿真工具,仿真分为：,功能仿真：又称前仿真、系统级仿真或行为仿,真，用于验证系统的功能。,时序仿真：又称后仿真、电路级仿真，用于验,证系统的时序特性、系统性能。,仿真是系统验证的主要手段，是整个电子设,计过程中花费时间最多的环节。,4、综合工具,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。,32,EDA,设计的描述层次：,行为级描述,寄存器传输级描述（,RTL）,门级描述,版图级描述,设计前端,设计后端,综合分为：行为综合、逻辑综合、前端综合、,版图综合、测试综合,33,1.6,EDA,的工程设计流程,文本编辑器、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）,VHDL,仿真器,（行为仿真、,功能仿真、,时序仿真）,编程器/下载电缆,（编程、下载）,测试电路,（硬件测试）,网,表,文件,（,EDIF、XNL、 VHDL),门级仿真器,（功能仿真、,时序仿真）,各种编程文件,34,1、采用自顶向下（,Top - Down),的设计方法；,2、采用系统早期仿真；,3、多种设计描述方式；,4、高度集成化的,EDA,开发系统；,5、,PLD,在系统(在线)编程（,ISP）,能力；,6,、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；,7、提高产品的可靠性；,8、提高产品的保密程度和竞争能力；,9、降低电子产品的功耗；,10、提高电子产品的工作速度。,EDA,技术的优点：,35,第一章思考题：,1、,EDA,技术的基础是什么？,2、构成现代数字系统的基本模块是什么？,3、,EDA,技术的含义和内容是什么？,4、比较电子系统传统设计方法和采用,EDA,技术设计,方法的区别。,5、,EDA,技术有哪些突出的优点？,6、你认为,EDA,技术的核心是什么？请详细说明理由。,7、一个电子系统可由单片机技术实现，也可由,EDA,技术实现，请比较两种方案各自的特点。,36,