集成电路EDA技术简介.ppt

郑品棋budizen 集成电路EDA技术简介 绪论 以EDA和PLD技术为基础的集成电路EDA技术 是近年来发展起来的 电子设计领域最具活力和最有发展前途的技术 作为数字设计技术的一个发展方向 EDA和PLD技术越来越普遍地运用在消费 汽车 工业控制 高速计算等各个领域 作为新时代的电子人才 我们必须了解和掌握电子领域的先进技术 了解EDA设计方法 掌握HDL语言 熟悉PLD设计工具 利用这些先进技术提高竞争力 创造财富 能力训练项目设置 能力训练项目 VHDL基本应用 EDA技术设计与综合实践 码型检测器 4学时 洗衣机控制器 16学时 数据采集系统 12学时 数字钟 4学时 抢答器 8学时 流水灯 8学时 表决器 8学时 课程围绕7个项目展开 通过7个项目的展示 实践与训练 训练同学们VHDL技术和PLD技术的应用能力 掌握集成电路EDA技术的基础知识 今天要了解的问题 EDA技术是怎样产生的 什么是EDA技术 怎样的MaxPlusII上应用ESDA技术进行数字电路设计 一 任务 请设计一个三人表决器 三个人中有两个以上同意则绿灯亮 有两个以上反对则红灯亮 复习 数字电路设计的一般步骤 一方面需要设计方法和设计工具的不断进步 一方面要求电路器件的不断革新 对电路的功能和时序进行调试 保证满足任务要求 根据真值表或状态转移图 求出布尔方程 任务分析 求解方程 确定门电路 硬件制作 电路调试 根据布尔方程 以基本的与 或 非门电路和触发器实现原理图 选择合适的器件实现逻辑电路 制作真值表或状态转换图 二 集成电路EDA技术的发展历程 从 数字革命 说起电子元器件技术的突飞猛进电子设计技术不甘人后 1 从 数字革命 说起 集成电路EDA技术是数字电路设计的高级技术 因此 讨论集成电路EDA技术 不能不谈数字技术在今天的影响 我们的 数字世界 数字向模拟的大举入侵数字电路的优势 我们的 数字世界 数码产品渗透在我们生活的方方面面 数字向模拟的大举入侵 很多过去由模拟系统起作用的领域 现在被数字系统占据 音频处理 视频处理 汽车电子 通信系统 数字电路的优势 精确度高稳定性好容易设计速度快可编程经济实用 可以说 数字电子技术是电子信息技术的灵魂 直到今天 电子信息技术仍在飞速发展 这集中体现在电子器件技术和电子设计技术的发展上 2 电子元器件技术的突飞猛进 电子器件的三代同堂摩尔定律 从SSI到VLSI 电子器件的三代同堂 GeorgeBoole用数学的形式表示逻辑表达式 这就是布尔代数 1938年 Shannon发表一篇他在MIT攻读硕士学位期间的研究论文 说明了布尔代数与电子电路开关之间的联系 1907年 Forest发明了真空管 真空管 晶体管 集成电路 摩尔定律 从SSI到VLSI SSI VLSI 摩尔定律 IC上可容纳的晶体管数目 约每隔18个月便会增加一倍 性能也将提升一倍 英特尔 Intel 创始人戈登 摩尔 GordonMoore 今天 集成电路的发展趋势是 电路规模越来越大 集成度越来越高电路体积越来越小功能越来越强开发周期越来越短为跟上电子技术特别是电子元器件技术发展的速度 电子设计技术也需要大踏步前进 3 电子设计技术不甘人后 第一阶段 CAD第二阶段 CAE第三阶段 ESDA CAD CAE 第一阶段 CAD ComputerAidedDesign 功能 版图输入元件布局元件连线 优点 使设计人员摆脱繁锁 容易出错的手工画图的传统方法 时间 不适应大项目 设计周期长费用高 投片后发现原设计存在错误 需返工修改 缺点 20世纪70年代 CAD CMOS器件版图 器件原理图符号 实际器件模型 第二阶段 CAE ComputerAidedEngineering 功能 通过网表联系原理图与实际版图自动布局布线一致性检查后端模拟 优点 有力地保证一次投片成功率 时间 仍不适应大项目一致性检查和后模拟是在设计最后阶段才进行 如果发现错误 还需修改版图或电路 缺点 20世纪80年代 CAE 特点 引入HDL对目标进行功能描述引入综合和逻辑综合采用PLD技术 时间 20世纪90年代 ESDA 特色工具 HDL 硬件描述语言 技术PLD 可编程逻辑器件 技术 第三阶段 ESDA ElectronicSystemDesignAutomation ESDA设计步骤 数字设计的通用语言 HDL HardDescribelanguage 硬件描述语言 为什么需要HDL 设计人员可通过HDL描述电路的结构 电路的行为或电路要实现的功能 设计工具可通过HDL了解设计人员的设计意图 并根据HDL表达的内容完成数字电路的具体设计 现有的HDLVHDLVerilogHDL其他HDLABEL AHDL SystemC SystemVerilog等 VHDL介绍 全名 Very High SpeedIntegratedCircuitHardwareDescriptionLanguage诞生 1982年1993年 IEEE公布标准的1076 1993版本 主要用于描述数字系统的结构 行为 功能和接口 将一个电路模块分为内部和外部 外部为端口 由实体描述 内部设计具体电路和算法 由结构体描述 大系统可分为几个模块 模块可以相互调用 与其他HDL相比具有更强的行为描述能力 具有丰富的仿真语句和库函数 行为描述能力和程序结构决定了他具有支持大规模设计的分解和已有设计的再利用功能 历史 功能 特点 优势 逻辑电路魔术师 PLD技术 PLD是可编程逻辑器件 ProgramableLogicDevice 的简称 PLD如同一张白纸或是一堆积木 工程师可以通过传统的原理图输入法 或是硬件描述语言自由地设计一个数字系统 在PLD上具体实现 PLD能完成任何数字器件的功能 上至高性能CPU 下至简单的74电路 都可以用PLD来实现 三 利用MaxPlusII工具体验ESDA设计流程 系统分析 当SW1 SW2和SW3三个变量中两个为真时 L2变量才为真 否则L1变量为真 因此布尔表达式为 建立原理图文件 图形输入 注意原理图文件的扩展名为gdf 不能把文件之间保存在根目录下 保存文件的路径不能出现中文字符 原理图器件保存在库 maxplus2 maxlib2 prim 编译建立波形文件 选择要仿真的输出输入信号 建立输入波形 并仿真 观察输出波形 注意编译后才能进行波形仿真 编译前要把原理图文件设为当前工作项目 波形图文件的扩展名为wav 四 日渐普及的集成电路EDA技术 今天 集成电路EDA技术应用于 数字信号处理接口通信嵌入式微处理器汽车系统可重配置计算技术 集成电路EDA技术应用于数字信号处理 DSP传统上是用数字信号处理器来实现的 实际上这是一种特殊剪裁的微处理器 今天的FPGA可以包含内嵌的乘加器 专用计算例程和大量的片上RAM等DSP操作所需的特性 加上FPGA的并行特性 其结果是FPGA比最快的DSP芯片要快上500倍 集成电路EDA技术应用于接口通信 FPGA CPLD具有丰富的IO资源 同时具有高速的数据处理能力 可配置为各种接口 在两级电路之间作数据转换和数据驱动 集成电路EDA技术应用于嵌入式微处理器 随着FPGA价格不断下降 甚至很小的器件都可以实现一个集成有可选定制IO功能的软处理核 结果是FPGA对嵌入控制应用越来越有吸引力 集成电路EDA技术应用于汽车系统 车用电子系统在汽车无线通信 汽车多媒体影音 卫星导航 汽车动力控制 车用传感器等方面发挥越来越重要的作用 汽车经常工作在严酷的和强干扰的环境下 这要求车用电子系统具备很高的稳定性 同时车用传感及汽车动力控制要求电子系统有很高的反应速度 FPGA CPLD技术是硬件编程技术 具有很高的稳定性 同时FPGA CPLD技术提供的并行性能使系统实现极高的运算速度 集成电路EDA技术应用于可重配置计算技术 可重构计算 ReconfigurableComputing 技术是指在软件的控制下 利用系统中的可重用资