EDA技术实用教程第章

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,*,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技术实用教程第章,EDA,技术实用教程,本课程安排：,学时：56学时课堂教学48学时，上机实验8学时,课堂教学内容：,第一章概述,第二章EDA设计流程及工具,第三章VHDL设计初步,第四章VHDL设计进阶,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。,第一章概述,EDA技术及其开展,硬件描述语言HDL,EDA设计方法,EDA开展趋势,1.1EDA技术及其开展,什么是EDA？,EDAElectronic Design Automation是电子设计自动化的缩写。它是一种实现电子系统或电子产品自动化设计的技术。具体来说，EDA技术就是依赖功能强大的计算机，在EDA工具软件平台上，对以硬件描述语言HDLHardware Description Language为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、简化、分割、综合、优化和仿真测试，直至下载到可编程逻辑器件CPLD/FPGA或专用集成电路ASIC芯片中，实现既定的电子电路设计功能。,1.1EDA技术及其开展,EDA的开展:三个阶段,特点应用,第一阶段：以CAD为代表利用计算机取代手工，辅助进展,20世纪70年代集成电路工艺：MOS集成电路幅员编辑、PCB布局布线,CAD阶段可编程逻辑器：问世,CAD初见雏形,第二阶段：以CAE为代表利用计算机作为单点设计工具，,20世纪80年代集成电路工艺：COMS并建立各种设计单元库，将多个单,CAE阶段可编程逻辑器:商用点集成在一块，大大提高了工作效率,CAD、CAE广泛应用,出现了FPGA,第三阶段：EDA形成各公司推出兼容的硬件实现方案,20世纪90年代集成电路工艺：超深亚微米和支持标准硬件描述语言的EDA工具,EDA阶段可编程逻辑器：大规模软件,1.1EDA技术及其开展,EDA的最终目标：,设计和实现专用集成电路ASIC，即利用计算机完成电路设计的全自动化。,实现途径：,超大规模可编程逻辑器件：FPGA、CPLD又可编程ASIC；,半定制/全定制ASIC,(ASIC/掩膜ASIC),混合ASIC：既面向用户的FPGA可编程功能和逻辑资源，又包含可方便调用的硬件标准单元模块。,1.2硬件描述语言HDL,常用语言：,VHDL,Verilog HDL,AHDL,System,Verilog,/System C,常用语言VHDL,VHDL:Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language,1983年由美国国防部DoD创立,1985年正式推出，1987年发布标准,标准：,IEEE-1076-1987 IEEE-1076-1993 IEEE-1076-2002,特点:,1)具有强大的功能，覆盖面广、描述能力强,2)有良好的可读性,3有良好的可移植性,4可延长设计的生命周期,5有利于保护知识产权,6支持对大规模设计的分解和已有设计的再利用,常用语言Verilog HDL,Verilog HDL是由C语言开展而来的HDL,1983年推出，设计资源较VHDL丰富，最大优点是与工艺无关,标准:,IEEE 1064-1995 IEEE 1064-2005,常用语言,AHDL,AHDL,是,Alter,公司根据自己公司生产的,MAX,器件和,FLEX,系列器件的特点专门的一套完整的硬件描述语言。,是一种模块化语言，完全集成于,MAX+plus,的软件开发系统中。,语句和元素种类齐全、功能强大，且易于应用。特别适合于描述复杂的组合电路、组运算及状态机、真值表和参数化的逻辑。,1.3EDA设计方法,按功能和实现的先后顺序：,正向设计(Forward：就是由设计者提出一个功能要求，然后通过综合得到最终的器件实现,反向设计(Backward)：就是对已有的器件实现通过分析得到它的构造和功能,按整体和局部的先后顺序划分:,自底向上Bottom-up：首先选择具体的逻辑单元，进展逻辑电路设计，得到系统需要的独立功能模块，然后把这些模块连接起来，组装成整个系统,自顶向下Top-down：首先从整体上规划整个系统的功能和性能，然后系统进展划分，分解为规模较小、功能较为简单的局部模块，并确立它们之间的联系，直至物理实现,传统的设计方法,自下而上Bottom-up)的设计方法，是以固定功能元件为根底，基于电路板的设计方法。在传统的设计方法中，手工设计占了很大的比例。手工设计一般先按电子系统的具体功能要求进展功能划分，然后对每个子模块画出真值表，用卡诺图进展手工逻辑简化，写出布尔表达式，画出相应的逻辑线路图，再据此选择元器件，设计电路板，最后进展实测与调试。,缺点：1.复杂电路的设计、查错和修改很困难。,2.设计过程中产生大量文档，不易管理,3.设计依赖于现有的通用元器件。,4.设计实现过程与具体生产工艺相关，可移植性差,5.设计后期的仿真不易实现和调试复杂。,6.设计实现周期长，灵活性差，耗时耗力，效率低下,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。,自上而下Top-Down)的设计方法可将数字系统的整体逐步分解为各个子系统和模块，假设子系统规模较大，那么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,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。,自顶向下设计流程,(1)设计说明书,(2)建立VHDL行为,模型,(3)VHDL行为仿真,(5)前端功能仿真,(6)逻辑综合,(7)测试向量生成,(9)构造综合,(10)门级时序仿真,(11)硬件测试,(12)设计完成,(8)功能仿真,(4)VHDL-RTL建模,传统集成电路,设计,现代集成电路,设计,设计方法,自底向上,自顶向下,设计方式,电路原理图,硬件描述语言,系统构成,通用元器件,ASIC电路,仿真调试,设计后期进行,设计前期进行,EDA与传统电子设计方法的比较,第二章EDA设计流程及工具,EDA,设计流程,2.1EDA设计流程,EDA,设计流程包括设计准备、设计输入、设计处理和器件编程四个步骤。,设计准备,设计处理,优化、综合,适配、分割,布局、布线,器件编程,设计完成,器件测试,时序仿真,功能仿真,设计输入,原理图,硬件描述语言,波形图,设计输入,图形输入方式/原理图输入：包括原理图输入、状态图输入和波形输入三种方式,文本输入方式：使用某种硬件描述语言的编写的电路设计文本，进展编辑输入,综合,综合就是将电路的高级语言，转换成低级的，可与FPGA/CPLD的根本构造相映射的网表文件或程序。,适配,就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。,仿真,仿真是在编程下载前利用EDA工具对适配生成的结果进展模拟测试。即让计算机根据一定的算法和一定的仿真库对EDA设计进展模拟，以验证设计排除错误。有两种不同级别的仿真测试：,1时序仿真：接近真实器件运行特性的仿真，仿真文件中已包含器件硬件特性参数，仿真精度高。,2功能仿真：直接对逻辑功能进展测试模拟，以了解其实现功能是否满足原设计的要求，仿真过程不涉及具体器件的硬件特性。,编程下载,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，进展硬件调试和验证。,对CPLD的下载称为编程。,对FPGA中的SRAM进展直接下载的方式称为配置。,硬件测试,将含有载入了设计的FPGA或CPLD的硬件系统进展统一测试，以便最终验证设计工程在目标系统上的实际工作情况。,