EDA技术概述课件

,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,2019/12/17,#,2024/11/29,1,EDA,技术与,VHDL,第,1,章 概述,2024/11/29,2,在计算机技术的强劲推动下，电子技术获得了飞速的发展，电子产品几乎渗透了工业、生活的各个领域，电子技术发展的根基是微电子技术的进步，即建立在半导体工艺技术的大规模集成电路加工技术。微电子技术和现代电子设计技术相互促进相互推动又相互制约。随着电子技术、仿真技术、电子工艺和设计技术与新的计算机软件技术的融合和升华，从而产生了,EDA,（,Electronics Design Automation,）技术。,1.1,电子设计自动化技术及其发展,2024/11/29,3,1.1,电子设计自动化技术及其发展,EDA,技术的涵义,广义的,EDA,技术、狭义,EDA,技术,广义定义：,以计算机硬件和系统软件为基本工作平台，继承和借鉴前人在电路和系统、数据库、图形学、图论和拓扑逻辑、计算数学、优化理论等多学科的最新科技成果而研制的商品化,EDA,通用支撑软件和应用软件包。,广义的,EDA,技术,:,1,）计算机辅助分析,CAA(,如,PSPICE EWB MATLAB,等）,2,）印刷线路板计算机辅助设计（如,protel orCAD,等）,3,）大规模,PLD,器件的设计。,4,）专用集成芯片,ASIC,的设计,2024/11/29,4,EDA,技术是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、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件的方法设计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、逻辑布局布线、逻辑仿真，直至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新技术。,EDA,一般定义：,2024/11/29,5,狭义,EDA,技术：,1,）大规模,PLD,（,Programmble Logic Devices),器件的设计半定制芯片,.,由用户编程以实现特定逻辑功能的集成器件,。它的,EDA,设计从逻辑门电路、触发器开始进行，能重复设计、任意修改。,2,）专用集成芯片,ASIC,(Application Specific Integrated Circuit),的设计,全定制芯片,.,可以从用,P,、,N,半导体材料设计晶体管开始设计电子系统,(,也称为版图级设计）。,EDA,技术的进步表现在：,使得设计者的工作仅限于软件方式，即利用硬件描述语言和,EDA,软件来完成对系统硬件功能的实现。,2024/11/29,6,1.1,电子设计自动化技术及其发展,20,世纪,70,年代,EDA,技术雏形,20,世纪,80,年代,EDA,技术基础形成,20,世纪,90,年代,EDA,技术成熟和实用,现代电子设计技术的核心已日趋转向基于计算机的电子设计自动化技术,EDA,（,Electronic Design Automation,）技术。,2024/11/29,7,EDA,技术发展分为三个阶段：,1,）,20,世纪,70,年代的计算机辅助设计,CAD,（,Computer Aided Design,）阶段,2,）,20,世纪,80,年代的计算机辅助工程设计,CAE,（,Computer Aided Engineering,）阶段,3,）,20,世纪,90,年代电子系统设计自动化,EDA,阶段,2024/11/29,8,1,）,.,计算机辅助设计,CAD,阶段特点,这个阶段分别研制了一些相对独立的软件工具，典型的有,PCB,制板布线设计，以及其它用于电路仿真的工具，该阶段的主要贡献使设计者从繁琐、重复的计算和绘图中解脱出来。该阶段的产品主要有如,AUTOCAD,、,TANGO,、,PROTEL,、,SPICE,等软件。,局限：,各个软件工具包相互独立而且是由不同公司开发的，因此一般每个工具包只完成一个任务。同时，该时期的,EDA,软件不能处理复杂电子系统设计中的系统级综合与仿真。,2024/11/29,9,2,）,.,计算机辅助工程设计,CAE,阶段特点,EDA,工具则以逻辑模拟、定时分析、故障仿真、自动布局和布线为核心，重点解决电路设计没有完成之前的功能检测等问题。,局限：,大部分从原理图出发的,EDA,工具仍然不能适应复杂电子系统的设计要求，而具体化的元件图形制约着优化设计。,2024/11/29,10,3,）,.,电子系统设计自动化,EDA,阶段,EDA,工具不仅具有电子系统设计的能力，而且能提供独立于工艺和厂家的系统级设计能力，具有高级抽象的设计构思手段。,设计工具完全集成化，可以实现以,HDL,语言为主的系统级综合与仿真，从设计输入到版图的形成，几乎不需要人工干预，因此整个流程实现自动化。该阶段的,EDA,的发展还促进设计方法的转变，由传统的自底向上的设计方法逐渐转变为自顶向下的设计方法。,2024/11/29,11,21,世纪后,在,FPGA,上实现,DSP,应用成为可能。,在一单片,FPGA,中实现一个完备的可随意重构的嵌入式系统成为可能。,在仿真和设计两方面支持标准硬件描述语言的功能强大的,EDA,软件不断推出。,电子领域各学科的界限更加模糊，更互为包容。,用于,ASIC,设计的标准单元已涵盖大规模电子系统及复杂,IP,核模块。,软硬,IP,核在电子行业的产业领域广泛应用。,SoC,高效低成本设计技术的成熟。,复杂电子系统的设计和验证趋于简单。,1.1,电子设计自动化技术及其发展,2024/11/29,12,EDA,技术电子系统设计的最终目标表现为：,半定制或全定制,ASIC,（专用集成芯片）设计,FPGA/CPLD,（或称可编程,ASIC,）开发应用,可以归结为：,专用集成芯片（,ASIC,）的设计和实现。,ASIC,是容纳用户通过,EDA,技术奖电子应用系统的既定功能和技术指标具体实现的硬件物理实体平台。,1.2 EDA,技术应用对象,2024/11/29,13,1.2 EDA,技术应用对象,1.,可编程逻辑器件,2.,半定制或全定制,ASIC,3.,混合,ASIC,ASIC,的实现途径：,2024/11/29,14,1.,大规模可编程逻辑器件,PLD,（,Programmble Logic Devices),1,）,FPGA,(Field Programmable Gate Array),现场可编程门阵列,2,）,CPLD,(Complex PLD),复杂可编程逻辑器件,是目前实用最多的二种,大规模可编程逻辑器件,。通常被称为可编程专用,IC,或可编程,ASIC,目前世界生产,PLD,器件的主流公司：,Xilinx,、,Altera,、,Lattice,高集成度、高速度和高可靠性,是,FPGA/CPLD,最明显的特点，其时钟延时可小至,ns,级,(,即工作频率可达几百兆,HZ),。结合其并行工作方式，在,超高速应用领域和实时测控,方面有着非常广阔的应用前景。,2024/11/29,15,FPGA/CPLD,的集成规模非常大，可利用先进的,EDA,工具进行电子系统设计和产品开发。由于开发工具的通用性、设计语言的标准化以及设计过程几乎与所用器件的硬件结构没有关系，因而设计开发的各类逻辑功能块软件具有很好的兼容性和可移植性。它几乎可用于任何型号和规模的,FPGA/CPLD,中，从而使得产品设计效率大幅度提高。,2024/11/29,16,2.,半定制或全定制,ASIC,1,）全定制,-,芯片完全由厂家按特定电路功能制造,性能最佳,物理成本最低,可模数混合,设计成本大,开发周期长,开发风险大,缺点：,优点：,设计人员从晶体管的版图尺寸、位置和互连线开始设计,以达到芯片面积利用率高、速度快、功耗低的最优性能,2024/11/29,17,目前半定制,ASIC,主要有门阵列、标准单元和可编程逻辑器件三种。,2,）半定制,-,芯片上的器件由厂家制造，但金属连线由用户自己设计,2024/11/29,18,3.,混合,ASIC,主要指既具有面向用户的,FPGA,可编程功能和逻辑资源，同时也含有可方便调用和配置的硬件标准单元模块，如,CPU,、,RAM,、,ROM,、硬件加法器、乘法器、锁存环节等。,2024/11/29,19,1.3,硬件描述语言,VHDL,EDA,技术主要包含以下四个方面内容：,（,1,）可编程逻辑器件；,（,2,）硬件描述语言；,（,3,）软件开发工具；,（,4,）实验开发系统。,2024/11/29,20,1.3,硬件描述语言,VHDL,HDL,VHDL,Verilog HDL,SystemVerilog,System C,在,EDA,设计中使用最多，也得到几乎所有的主流,EDA,工具的支持,这两种,HDL,语言还处于完善过程中，主要加强了系统验证方面的功能。,2024/11/29,21,HDL,是电子系统硬件行为描述、结构描述、数据流描述的语言。,硬件描述的语言种类很多，有的从,PASCAL,发展而来，也有一些从,C,语言发展而来。有些,HDL,已成为,IEEE,标准，但大部分是本企业标准。,目前常用的硬件描述语言有：,VHDL,、,Verilog,、,ABEL,1.3,硬件描述语言,VHDL,2024/11/29,22,VHDL,语言,作为,IEEE,的工业标准硬件描述语言，在电子工程领域，已成为通用硬件描述语言,Verilog,语言,支持的,EDA,工具较多，适用于,RTL,级和门电路级的描述，其综合过程较,VHDL,稍简单，但其在高级描述方面不如,VHDL,。,ABEL,语言,一种支持各种不同输入方式的,HDL,，被广泛用于各种可编程逻辑器件的逻辑功能设计，由于其语言描述的独立性，因而能够适用于各种不同规模的可编程器件的设计。,1.3,硬件描述语言,VHDL,2024/11/29,23,1.4 EDA,技术的优势,1,保证设计过程的正确性，大大降低设计成本，缩短设计周期。,2,有各类库的支持。,3,极大地简化设计文档的管理。,4,日益强大的逻辑设计仿真测试技术。,5,设计者拥有完全的自主权，再无受制于人之虞。,6,良好的可移植与可测试性，为系统开发提供了可靠的保证。,7,能将所有设计环节纳入统一的自顶向下的设计方案中。,8,EDA,不但在整个设计流程上充分利用计算机的自动设计能力，而且在各个设计层次上利用计算机完成不同内容的仿真模拟，在系统板设计结束后仍可利用计算机对硬件系统进行完整的测试。,2024/11/29,24,完整地了解,EDA,技术的设计流程，对于正确选择和使用,EDA,软件、优化设计项目、提高设计效率十分有益。一个完整的,EDA,设计流程既是自顶向下设计方法的具体实施途径，也是,EDA,工具软件本身的组成结构。在实践中进一步了解支持这一设计流程的诸多设计工具，有利于有效地排除设计中出现的问题、提高设计质量及总结经验。,1.5,面向,FPGA,的,EDA,开发流程,2024/11/29,25,1.5,面向,FPGA,的,EDA,开发流程,2024/11/29,26,1.5.1,设计输入,利用,EDA,技术进行一项工程设计，首先需要利用,EDA,工具的文本编辑器或图形编辑器将设计工程用文本方式或图形方式表达出来，进行排错编译，为进一步的逻辑综合作准备。,常用的源程序输入方式有三种：,1,）原理图输入方式：,2,）,HDL,程序的文本输入方式：,3,）状态图（波形图）输入方式：,2024/11/29,27,1.,原理图输入方式：,利用,EDA,工具提供的图形编辑器以原理图的方式进行输入。原理图输入方式比较容易掌握，直观且方便，所画的电路原理图与传统的器件连接方式完全一样，很容易被人接受，而且编辑器中有许多现成的单元器件可以利用，自己也可以根据需要设计元件。,2024/11/29,28,优点：,容易掌握，,直观且方便。,缺点：,画图麻烦