电子设计自动化EDA绪论.ppt

电子设计自动化 EDA 课时 2 15课时 6课时的课外实验考试 实验成绩30 实验考试 随堂考试70 考查课 实验部分 提前准备好实验报告本 6节小实验 3次 综合实验 1周 记入平时成绩实验课地点 主楼八楼东边现代通信实验室 测控09 1 2实验时间安排 VHDL设计技术参考书 CPLD系列设计技术与入门 黄正谨徐坚章小丽熊明珍等编著 电子科技大学出版社 可编程逻辑器件原理 开发与应用 赵曙光等编著 西安科技大学出版社 VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计 侯伯亨顾新编著 西安电子科技大学出版社 VHDL程序设计 曾繁泰陈美金编著 清华大学出版社 数字集成系统的结构化设计与高层次综合 王志华邓仰东编著 清华大学出版社 VHDL应用与开发实践 甘历编著 科技出版社 参考教材 参考教材 参考教材 课程结构安排 一 第1到第3章基础知识 EDA发展流程 设计流程 基本的硬件结构二 第4章 软件三 第5章是整个VHDL程序设计的语言要素和语句部分 核心内容 四 软件操作以及设计中的一些优化问题 五 第6章 系统设计 综合实验 第一章绪论 主要内容1 EDA概念2 EDA发展历程3 EDA发展趋势 常见英文缩写解释 按字母顺序排列 ASIC ApplicationSpecificIntegratedCircuit 专用ICCPLD ComplexProgrammableLogicDevice 复杂可编程逻辑器件EDA ElectronicDesignAutomation 电子设计自动化FPGA FieldProgrammableGateArray 现场可编程门阵列GAL GenericArrayLogic 通用阵列逻辑HDL HardwareDescriptionLanguage 硬件描述语言 IP IntelligentProperty 智能模块PAL ProgrammableArrayLogic 可编程阵列逻辑RTL RegisterTransferLevel 寄存器传输级 描述 SOC SystemOnaChip 片上系统SLIC SystemLevelIC 系统级ICVHDL VeryhighspeedintegratedcircuitHardwareDescriptionLanguage 超高速集成电路硬件描述语言 主要内容1 实现载体 大规模可编程逻辑器件2 描述语言 硬件描述语言3 设计工具 软件开发系统4 硬件验证 实验开发系统 1 大规模可编程逻辑器件FPGA和CPLD主要公司 Xilinx Altera LatticeFPGA CPLD显著的优点 开发周期短 投资风险小 产品上市速度快 市场适应能力强 硬件修改升级方便 实验装置 三类器件的主要性能指标比较 2 硬件描述语言 HDL VHDL IEEE标准 系统级抽象描述能力较强 Verilog IEEE标准 门级开关电路描述能力较强 ABEL 系统级抽象描述能力差 适合于门级电路描述 3 软件开发工具集成化的开发系统特定功能的开发软件 综合软件仿真软件 集成化的开发系统Altera公司 MAX plusII QuartusII系列Xilinx公司 ISE Foundation Aillance系列Lattice公司 ispDesignEXPERT系列 特定功能的开发软件综合类 Synplicity公司的Synplify SynplifyproSynopsys公司的FPGAExpress FPGAcompilerIIMentor公司的LeonardoSpectrum仿真类 ModelTech公司的ModelsimAldec公司的ActiveHDLCadence公司的NC Verilog NC VHDL NC SIM 4 实验开发系统 EDA技术狭义定义 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 自动完成用软件方式方式描述的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 布局布线 逻辑仿真 直至完成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多学科融合的新技术 1 1EDA技术及其发展 EDA ElectronicDesignAutomation EDA 是指以计算机为工作平台 融合应用电子技术 计算机技术 智能化技而研制成的电子CAD ComputerAidedDesign 通用软件包 功能 辅助IC integratedcircuit 设计 电子电路设计 PCB PrintedCircuitBoard 设计 EDA技术的发展 七十年代为CAD ComputerAidedDesign计算机辅助设计 阶段用计算机辅助进行IC版图编辑 PCB布局布线 取代了手工画图 八十年代为CAE ComputerAidedEngineering计算机辅助工程 阶段支持电路功能设计和结构设计 通过电路网表将两者结合在一起 实现了工程设计 CAE的主要功能是 原理图输入 逻辑仿真 电路分析 自动布局布线 PCB后分析 九十年代为ESDA ElectronicSystemDesignAutomation电子系统设计自动化 阶段 1 EDA概念以及发展七十年代为CAD ComputerAidedDesign计算机辅助设计 阶段用计算机辅助进行IC版图编辑 PCB布局布线 取代了手工画图 八十年代为CAE ComputerAidedEngineering计算机辅助工程 阶段支持电路功能设计和结构设计 通过电路网表将两者结合在一起 实现了工程设计 CAE的主要功能是 原理图输入 逻辑仿真 电路分析 自动布局布线 PCB后分析 九十年代为ESDA ElectronicSystemDesignAutomation电子系统设计自动化 阶段 上节课内容回顾 2 可编程逻辑器件 CPLD ComplexProgrammableLogicDevice 复杂可编程逻辑器件FPGA FieldProgrammableGateArray 现场可编程FPGA和CPLD主要公司 Xilinx Altera Lattice 3 硬件描述语言 VHDL VeryhighspeedintegratedcircuitHardwareDescriptionLanguage 超高速集成电路硬件描述语言VHDL IEEE标准 系统级抽象描述能力较强 Verilog IEEE标准 门级开关电路描述能力较强 4 集成化的开发系统Altera公司 MAX plusII QuartusII系列 ESDA技术的基本特征 1 支持 自顶向下 的设计方法 2 支持ASIC ApplicationSpecificIntegratedCircuit 设计 3 采用硬件描述语言 4 基于系统框架结构 在我国所使用的工具中 最有代表性的设计工具是Tango和早期的ORCAD 它们的出现 使得电子电路设计和印刷板布线工艺实现了自动化 但还只能算自下而上的设计方法 随着大规模专用集成电路的开发和研制 为了提高开发的效率和增加已有开发成果的可继承性 以及缩短开发时间 各种新兴的EDA工具开始出现 特别是硬件描述语言HDL HardwareDescriptionLanguage 的出现 特别是硬件描述语言HDL HardwareDescriptionLanguage 的出现 使得传统的硬件电路设计方法发生了巨大的变革 新兴的EDA设计方法采用了自上而下 TopDown 的设计方法 所谓自上而下的设计方法 就是从系统总体要求出发 自上而下地逐步将设计内容细化 最后完成系统硬件的整体设计 各公司的EDA工具基本上都支持两种标准的HDL 分别是VHDL和VerilogHDL 关于VHDL 06 VeryhighspeedintegratedHardwareDescriptionLanguage VHDL 是IEEE 工业标准硬件描述语言用语言的方式而非图形等方式描述硬件电路容易修改容易保存特别适合于设计的电路有 复杂组合逻辑电路 如 译码器 编码器 加减法器 多路选择器 地址译码器 状态机等等 VHDL的功能和标准 VHDL描述输入端口输出端口电路的行为和功能VHDL有过两个标准 IEEEStd1076 1987 calledVHDL1987 IEEEStd1076 1993 calledVHDL1993 概述 用HDL语言表达设计意图 FPGA作为硬件载体 计算机为设计开发工具 EDA作为软件开发环境的现代化电子设计方法 简介 背景 二 美国国防部在80年代初提出了VHSIC VeryHighSpeedIntegratedCircuit 计划 其目标之一是为下一代集成电路的生产 实现阶段性的工艺极限以及完成10万门级以上的设计 建立一项新的描述方法 1981年提出了一种新的HDL 称之为VHSICHardwareDescriptionLanguage 简称为VHDL 这种语言的成就有两个方面 描述复杂的数字电路系统成为国际的硬件描述语言标准 VHDL的特点 将一项工程设计或称设计实体 可以是一个元件 一个电路模块或一个系统 分成外部 或称可视部分 即端口 和内部 或称不可视部分 即设计实体的内部功能和算法完成部分 VHDL语言特色 VHDL语言中设计实体 designentity 程序包 pacage 设计库 为设计人员重复利用别人的设计提供了技术手段 重复利用他人的IP模块和软核 softcove 是VHDL语言的特色 VHDL语言的优点 1 具有很强的行为描述能力 2 支持大规模设计的分解和已有设计的再利用 3 可读性好 易于修改和发现错误 4 可以使用仿真器对VHDL源代码进行仿真 5 允许设计者不依赖于器件 6 实现了设计与工艺无关 7 可移植性好 8 上市时间快 成本低 9 ASIC移植 VHDL与计算机语言的区别 运行的基础计算机语言是在CPU RAM构建的平台上运行VHDL设计的结果是由具体的逻辑 触发器组成的数字电路执行方式计算机语言基本上以串行的方式执行VHDL在总体上是以并行方式工作验证方式计算机语言主要关注于变量值的变化VHDL要实现严格的时序逻辑关系 HDL语言的种类 Candence公司的VerilogHDL语言 于1995年成为IEEE标准 从C语言发展而来 MenterGraghics公司的BLM语言 从PASCAL语言发展而来 未成为IEEE标准 Altera公司的AHDL的语言 具有C语言风格 系统集成芯片成为IC设计的发展方向 这一发展趋势表现在如下几个方面 超大规模集成电路的集成度和工艺水平不断提高 深亚微米 Deep Submicron 工艺 如0 18 m 0 13 m已经走向成熟 在一个芯片上完成的系统级的集成已成为可能 市场对电子产品提出了更高的要求 如必须降低电子系统的成本 减小系统的体积等 从而对系统的集成度不断提出更高的要求 高性能的EDA工具得到长足的发展 其自动化和智能化程度不断提高 为嵌入式系统设计提供了功能强大的开发环境 计算机硬件平台性能大幅度提高 为复杂的SoC设计提供了物理基础 EDA的发展趋势 EDA技术 ASIC设计 FPGA CPLD可编程ASIC设计 门阵列 MPGA 标准单元 CBIC 全定制 FCIC ASIC设计 SOPC SOC 混合ASIC设计 EDA技术实现目标 作为EDA技术最终实现目标的ASIC 通过三种途径来完成 SOPC System on a Programmable Chip 1 2数字系统设计 数字系统 处理数字信号的电子设备基本结构 控制器 处理器 数字系统各部分功能 数据处理器功能 传送数据 并对输入数据进行算术运算和逻辑运算 构成 计数器 寄存器 存储器 ALU 控制器功能 根据外部控制信号和从处理器反馈的状态信号 按预定的算法综合对应控制信号 控制处理器在下一步执行相应操作 任务 通过系统设计将系统划分为相对独立而又相互联系的模块 子系统 结构内容 模块结构图及各模块