《CPLDFPGA实用教程》PPT课件.ppt

1 CPLD FPGA可编程逻辑器件 主讲 王宗省 2 CPLD FPGA与传统设计方法比较 2 CPLD FPGA知识概述 主要术语 EDA 电子设计自动化ElectronicdesignautomationPLD 可编程逻辑器件ProgrammablelogicaldeviceCPLD 复杂可编程逻辑器件complexprogrammablelogicaldeviceFPGA 现场可编程门阵列fieldprogrammablegatesarrayISP 在系统可编程insystemprogrammableASIC 专用集成电路ApplicationspecificintegratedcircuitsSOC 片上系统SystemOnChipSOPC 可编程片上系统SystemOnChipIP 经过测试和优化的功能复杂的电路IntellectualProperty 一 EDA技术概念 现代电子设计技术的核心就是EDA 电子设计自动化 ElectronicDesignAutomation 技术 利用EDA技术 电子设计师可以方便地实现IC设计 电子电路设计和PCB设计等工作 4 5 广义的EDA技术 除了狭义的EDA技术外 还包括计算机辅助分析CAA技术 如PSPICE EWB MATLAB等 印刷电路板计算机辅助设计PCB CAD技术 如PROTEL ORCAD等 在广义的EDA技术中 CAA技术和PCB CAD技术不具备逻辑综合和逻辑适配的功能 因此它并不能称为真正意义上的EDA技术 6 狭义的EDA技术 就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开发工具的EDA技术 EDA技术的3个层次 7 1 EWB PSpice protel的学习作为EDA的最初级内容 2 利用VHDL完成对CPLD FPGA的开发等作为中级内容 3 ASIC的设计作为最高级内容 8 二 EDA技术的主要特征 EDA技术主要有以下这些特征 1 高层综合与优化的理论与方法取得了很大的进展 其结果大大缩短了复杂的ASIC的设计周期 同时改进了设计质量 2 采用硬件描述语言来描述10万门以上的设计 形成了国际通用的VHDL等硬件描述语言 它们均支持不同层次的描述 使得复杂IC的描述规范化 便于传递 交流 保存与修改 并可建立独立的工艺设计文档 便于设计重用 9 3 开放式的设计环境 各厂家均适合 4 自顶向下的算法 5 丰富的元器件模块库 6 具有较好的人机对话界面与标准的CAM接口 7 建立并行设计工程框架结构的集成化设计环境 以适应当今ASIC的特点 规模大而复杂 数字与模拟电路并存 硬件与软件并存 产品上市更新快 10 三 EDA技术发展历程 EDA技术的发展分为三个阶段 20世纪70年代 计算机辅助设计CAD阶段 20世纪80年代 计算机辅助工程设计阶段 20世纪90年代 电子系统设计自动化阶段 11 四 EDA技术的主要内容 一 硬件描述语言硬件描述语言 HDL 是各种描述方法中最能体现EDA优越性的描述方法 所谓硬件描述语言 实际就是一个描述工具 其描述的对象就是待设计电路系统的逻辑功能 实现该功能的算法 选用的电路结构以及其他各种约束条件等 通常要求HDL既能描述系统的行为 又能描述系统的结构 12 目前主要有以下两种HDL语言 1 Verilog HDLVerilog HDL语言是在1983年由GDA GatewayDesignAutomation 公司首创的 主要用于数字系统的设计 2 VHDLVHDL语言是美国国防部于20世纪80年代后期 出于军事工业的需要开发的 13 VHDL语言是一种高级描述语言 适用于电路高级建模 综合的效率和效果较好 Verilog HDL语言是一种低级的描述语言 适用于描述门级电路 容易控制电路资源 但其对系统的描述能力不如VHDL语言 14 二 可编程逻辑器件可编程逻辑器件 简称PLD 是一种由用户编程来实现某种逻辑功能的新型逻辑器件 它不仅速度快 集成度高 能够完成用户定义的逻辑功能 还可以加密和重新定义编程 其允许编程次数可多达上万次 使用可编程逻辑器件可大大简化硬件系统 降低成本 提高系统的可靠性 灵活性 15 目前 PLD主要分为FPGA 现场可编程门阵列 和CPLD 复杂可编程逻辑器件 两大类 FPGA和CPLD最明显的特点是高集成度 高速度和高可靠性 由于它们的明显特点 可以应用于超高速领域和实时测控方面以及嵌入式领域等等 16 三 EDA软件目前在国内比较流行的EDA软件工具主要有Altera公司的MAX plus 和Quartus Lattice公司的ExpertLEVER和Synario Xilinx公司的Foundation和Alliance Actel公司的ActelDesigner等 这四家公司的EDA开发软件特性如表0 1所示 17 EDA开发软件特性 18 CPLD FPGA EDA 与传统设计方法比较 见课本 19 EDA与传统电子设计方法的比较 手工设计方法的缺点是 1 复杂电路的设计 调试十分困难 2 如果某一过程存在错误 查找和修改十分不便 3 设计过程中产生大量文档 不易管理 4 对于集成电路设计而言 设计实现过程与具体生产工艺直接相关 因此可移植性差 5 只有在设计出样机或生产出芯片后才能进行实测 EDA技术有很大不同 1 采用硬件描述语言作为设计输入 2 库 Library 的引入 3 设计文档的管理 4 强大的系统建模 电路仿真功能 5 具有自主知识产权 6 开发技术的标准化 规范化以及IP核的可利用性 7 适用于高效率大规模系统设计的自顶向下设计方案 8 全方位地利用计算机自动设计 仿真和测试技术 9 对设计者的硬件知识和硬件经验要求低 10 高速性能好 11 纯硬件系统的高可靠性 20 EDA与传统电子设计方法的比较 FPGA和DSP芯片实现FIR滤波器的速度对比 8位FIR滤波器阶数 FPGA的处理速度单位 MSPS 达到相当速度所需DSP芯片的指令执行速度单位 MIPS 8162432 104101103105 832161624723360 可编程逻辑器件的发展历程 70年代 80年代 90年代 PROM和PLA器件 改进的PLA器件 GAL器件 FPGA器件 EPLD器件 CPLD器件 内嵌复杂功能模块的SoPC 22 EDA技术与VHDL实用教程 学习方法 一 掌握好数字逻辑电路技术二 理论联系实践 多动手