华北电力大学科技学院电子设计自动化1绪论

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,*,电子设计自动化,华北电力大学电子与通信工程系,第,1,章 绪论,电子设计自动化概述,HDL,语言概述,EDA,软件介绍,专用名词解释,课程学习的目标,课程简介及考察,1.,电子设计自动化概述,1.1,什么是电子设计自动化,（,1,）电子设计（电子系统设计,/,电子电路设计）,包括模拟电路设计、数字电路设计、模数混合电路设计、高频电路设计、高速电路设计、,PCB,电路板设计、集成电路设计、,PLD,系统设计等。,（,2,）自动化,自动化与人工是相对应的，即用工具代替人工来完成具体的工作。,英文全称：,Electronic Design Automation,英文简称：,EDA,电子设计自动化,是一门使用工具代替人工进行电子设计的,技术,。,定义,电子设计自动化的定义，存在两种观点：,（,1,）广义的电子设计自动化,（,2,）狭义的电子设计自动化,广义的电子设计自动化,电子设计自动化就是借助于,EDA,工具进行电子系统设计的一种技术。,EDA,工具是指立足于计算机工作平台而开发出来的一整套先进的设计电子系统的软件工具。,狭义的电子设计自动化主要指的是基于可编程逻辑器件（,PLD,）的电子系统设计自动化，即以大规模可编程逻辑器件为,设计载体,，以硬件描述语言为逻辑描述的主要,设计输入,，通过相关的,开发软件,，以计算机和,PLD,实验开发系统为,设计平台,，自动完成电子系统的设计，最终形成集成电子系统或专用集成芯片。,狭义的电子设计自动化,狭义电子设计自动化主要包括以下四个要素：,大规模可编程逻辑器件,是应用,EDA,技术完成电子系统设计的载体。,硬件描述语言,用来描述系统的结构和功能，是,EDA,技术的主要表达手段。,软件开发工具,是进行电子设计的智能化设计工具。,实验开发系统,是实现,PLD,编程下载和硬件验证的工具。,2.,支持学科,EDA,技术以计算机科学、微电子技术为基础，并融合了应用电子技术、智能技术及计算机图形学、拓扑学、计算数学等众多学科的最新成果。,3.,重要性,EDA,技术是现代电子设计的核心，是现代电子设计的主要技术手段。,EDA,技术应用于各种电子系统设计领域，并且涉及到电子系统开发的全过程。,4.,应用领域,狭义电子设计自动化主要研究内容,交通运输自动化,电子设计自动化,使用工具,汽车,EDA,工具,人工角色,驾驶员,设计人员,具体工作,汽车驾驶,设计输入,操作规则,汽车操作规则、交通规则,EDA,工具使用方法、设计输入规则,1.2,为什么需要电子设计自动化,摩尔定律,集成电路单位面积上可容纳的晶体管数目约每隔,18,个月便会增加一倍，电路的性能也将提升一倍。,Intel 80,核芯片,（,2007,年,）,有了汽车，交通运输更加便捷。正如汽车的作用一样，有了,EDA,工具，工程师可以制造出更复杂、集成度更高、性能更优的集成电路、电子产品。,电子设计自动化的优点：,（,1,）实现复杂设计,（,2,）设计具备高可靠性,（,3,）加快设计速度,（,4,）提高产品性能,（,5,）降低设计成本,（,6,）具有统一标准,1.3,如何实现电子设计自动化,电子设计自动化实现流程,利用,EDA,技术进行数字系统设计，具有以下几个特点：,1.4 EDA,技术的特点,用软件的方式对系统进行硬件设计；,用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由开发软件自动完成的；,设计过程中可用有关软件进行各种仿真；,具有高层综合和优化的功能，能在系统级对系统进行综合、优化和仿真；,采用大规模可编程器件实现系统；,所设计的系统可现场编程，在线升级；,提供开放性和标准化的操作环境，可实现资源共享，设计的移植；,采用平面规划技术，可对逻辑综合和物理版图设计进行联合管理；,带有嵌入,IP,核的,SOC,设计，提供软、硬件协同设计工具；,支持多人的并行设计，适合团队协作，分工设计。,1.5 EDA,技术的发展,EDA,技术是,20,世纪,90,年代初从计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助测试和计算机辅助工程等概念发展而来的。,经历了三个发展阶段,:,计算机辅助设计,CAD,计算机辅助工程,CAE,电子设计自动化,EDA,2.,HDL,语言概述,硬件描述语言,HDL,H,ardware,D,escription,L,anguage,硬件描述语言是一种用文本形式来描述和设计电路的语言。设计者用,HDL,来描述所需设计，然后使用,EDA,工具进行综合与仿真，生成某种目标文件，最后实现具体硬件设计。,HDL,可以描述硬件电路的功能、信号连接关系及时序关系等。它虽然没有图形输入那么直观，但功能更强，可以进行大规模，多个芯片的数字系统的设计。主流的,HDL,有,VHDL,和,Verilog HDL,。,2.1 VHDL,语言简介,（,1,）,VHDL,语言的含义,V HDL,V,HSIC,H,ardware,D,escription,L,anguage,Very High Speed Integrated Circuit,VHDL,的中文含义：超高速集成电路硬件描述语言。,VHDL,是最早成为国际标准的硬件描述语言,。,（,2,）,VHDL,语言产生的背景,VHDL,是在,80,年代初期作为美国国防部资助的,VHSIC,研究项目的产物而开发的。在项目期间，研究者面临超大规模集成电路难以描述的问题和管理超大规模集成电路设计需要涉及多个工程师小组的问题，而当时可用的只有门级设计工具，于是迫切要求开发更好、更结构化的设计方法和工具。,1981,年提出了,VHDL,语言，第一个,VHDL,的公开版本,version7.2,于,1985,年提供。,（,3,）,VHDL,的标准,VHDL,语言有五个,IEEE,标准,:,1987,年：,IEEE STD1076-1987,1993,年：,IEEE STD1076-1993,2000,年：,IEEE STD1076-2000,2002,年：,IEEE STD1076-2002,2008,年：,IEEE STD1076-2008,另外还有其他扩展标准：,IEEE STD1076.1-1999 Analog and Mixed-Signal Extensions,IEEE STD1076.2-1996 Mathematical Package,1995,年我国技术监督局制定的,CAD,通用技术规范,推荐,VHDL,作为我国电子设计自动化硬件描述语言的国家标准。,VHDL,在我国迅速普及，现在已成为从事硬件电路设计开发人员所广泛应用的一门语言。,2.2 Verilog HDL,简介,Verilog HDL,由,Gateway Design Automation,公司开发，后来该公司被,Cadence Design Systems,公司收购。,Verilog HDL,有,3,个,IEEE,标准：,1,）,IEEE Standard 1364-1995,（,Verilog1995,）,2,）,IEEE Standard 1364-2001,（,Verilog2001,）,3,）,IEEE Standard 1364-2005,（,Verilog2005,）,从语法结构和操作符上看，,Verilog HDL,语言与,C,语言有许多相似之处，目前,ASIC,设计大多采用这种语言。,2.3 Systemverilog HDVL,简介,Systemverilog,是一种硬件描述及验证语言。,HDVL,：,H,ardware,D,escription and,V,erification,L,anguage,HDVL,使工程人员可以使用一个统一的标准语言对大型复杂的设计进行建模，并验证设计功能的正确性。,国际标准：,1,）,IEEE Standard 1800-2005,2,）,IEEE Standard 1800-2012,2.4 SystemC,SystemC,主要应用于系统级建模、架构开发、性能建模、软件开发、功能验证以及高层综合。,SystemC,通常与电子系统级（,ESL,）设计和事务建模级（,TLM,）紧密相连。,国际标准：,IEEE standard 1666-2005,2.5,其他硬件描述语言,ABEL,、,AHDL,等,EDA,软件介绍（针对于,HDL,）,EDA,软件公司的开发软件,（,1,）综合软件：,FPGA,CompilerII,：,Synopsys,公司,以前的版本：,PFGA Express,、,FPGA Compiler,Leonardo Spectrum,:Mentor,的子公司,Exemplar Logic,公司,Synplify/Synplify,pro,：,Synplicity,公司,（,2,）仿真软件：,Modelsim/Questasim,：,Mentor,公司,Active HDL,：,Aldec,公司,NC-Verilog/NC-VHDL/NC-Sim,：,Cadence,公司,以前版本：,verilog-XL,VCS/Scirocco,:synopsys,公司,PLD/FPGA,器件厂商的开发软件,Max+PlusII,:Altera,QuartusII,:,Altera,ISE,:Xilinx,ispDesignEXPERT,:Lattice,4.,专用名词解释,PLD,：,Programmable Logic Device,CPLD,:Complex Programmable Logic Device,EPLD,:Erasable Programmable Logic Device,FPGA,：,Field Programmable Gate Array,AISC,：,Application Specific Integrated Circuit,VLSI,：,Very Large Scale Integrated Circuit,SoC,：,System on Chip,5.,课程学习的目标,通过本课程的学习，掌握,VHDL,硬件描述语言，了解常用的,EDA,开发工具，熟悉,EDA,的基本原理和方法，为以后从事,EDA,方面的工作奠定基础。同时，通过数字系统的设计，进一步巩固数字电路的知识。,（,1,）学时分配,讲课,24,学时,40,学时,上机,16,学时,6.,课程简介及考察,（,2,）总成绩分配,期末考试占,60%,（考试成绩）,出勤,10%,平时成绩占,20%,上机成绩,20%,（,3,）教材,电子设计自动化,中国电力出版社 胡正伟 谢志远,（,4,）主要内容,PLD,基本原理,VHDL,语言,QuartusII,软件的使用,实践环节,