第1章EDA技术概述.ppt

EDA技术与VHDL 第1章EDA技术概述 1 1EDA技术 EDA就是以计算机为工作平台 以EDA软件工具为开发环境 以硬件描述语言为设计语言 以ASIC为实现载体的电子产品自动化设计过程 它包括半导体工艺设计自动化 可编程逻辑器件设计自动化 电子系统设计自动化 印刷电路板PCB PrintedCircuitBoard 设计自动化 仿真测试 故障诊断以及形式验证自动化 需要说明的是 这里所讲的是狭义的EDA 没有包括模拟电路的设计自动化 什么是EDA EDA作为一门崭新的学科 它的知识体系结构为 现代电子设计理论 可编程逻辑器件原理 结构及应用 硬件描述语言 EDA工具的开发和应用 EDA设计方法论 EDA的应用及实践 1 1EDA技术 EDA ElectronicDesignAutomation电子设计自动化PLD ProgrammableLogicalDevice可编程逻辑器件CPLD ComplexProgrammableLogicalDevice复杂可编程逻辑器件FPGA FieldProgrammableGatesArray现场可编程门阵列 常用专业术语 一 1 1EDA技术 HDL HardwareDescriptionLanguage硬件描述语言ASIC ApplicationSpecificIntegratedCircuit特定用途集成电路SOPC SystemOnProgrammableChip可编程的片上系统GAL GeneralArrayLogic通用阵列逻辑 常用专业术语 二 1 1EDA技术 1 1EDA技术 EDA的发展概况 MOS工艺得到广泛的应用 可编程逻辑技术及其器件已经问世 在后期CAD的概念已经形成 开始利用计算机取代手工 辅助进行集成电路板版图编辑 PCB布局布线工作 集成电路设计进入CMOS时代 复杂可编程逻辑器件进入商用时代 辅助设计软件已经投入使用 在80年度末 出现了FPGA CAD和CAE应用更为广泛 出现各种硬件描述语言 集成电路设计工艺步入了超深亚微米阶段 百万门以上的大规模可编程逻辑器件陆续面世 各EDA公司致力于推出兼容各种硬件实现方案和支持标准硬件描述语言的EDA工具软件 1 1EDA技术 21世纪后 1 2EDA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 1 2EDA技术应用对象 可编程芯片 利用EDA软件对芯片进行设计 输出1 输出2 1 2EDA技术应用对象 1 2EDA技术应用对象 ALTERA可编程芯片CPLDorFPGA 1 2EDA技术应用对象 1 3硬件描述语言VHDL 1 4EDA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 EDA工具的范畴 1 4 1EDA开发工具 1 4 1EDA开发工具 EDA工具主要能够进行三个方面的辅助设计工作 印刷电路板PCB设计 ASIC设计 电子系统设计 没有EDA工具的支持 想要完成超大规模集成电路或复杂电子系统的设计制造是不可想象的 1 5面向FPGA的EDA开发流程 设计输入 综合 适配 布线布局 仿真 RTL描述 1 5面向FPGA的EDA开发流程 1 图形输入 电路原理图 状态图以及波形图 2 硬件描述语言代码文本输入 VHDL或Verilog的源程序 1 5 1设计输入 1 5面向FPGA的EDA开发流程 1 5 2综合 1 自然语言综合 4 版图综合或结构综合 2 行为综合 3 逻辑综合 1 5面向FPGA的EDA开发流程 1 5 2综合 1 5 3适配 布线布局 1 5面向FPGA的EDA开发流程 1 5 4仿真 1 5 5RTL描述 2 时序仿真 3 功能仿真 1 行为仿真 1 6可编程逻辑器件 PLD 1 6 1PLD的分类 1 6可编程逻辑器件 1 6 2PROM可编程原理 1 6可编程逻辑器件 1 6 2PROM可编程原理 1 6可编程逻辑器件 1 6 2PROM可编程原理 1 6可编程逻辑器件 1 6 3GAL 1 7CPLD的结构与可编程原理 1 7CPLD的结构与可编程原理 1 逻辑阵列块 1 7CPLD的结构与可编程原理 2 逻辑宏单元 3 可编程连线阵列 1 7CPLD的结构与可编程原理 4 I O控制块 1 8FPGA的结构与工作原理 1 8 1查找表逻辑结构 1 8FPGA的结构与工作原理 1 8 2CycloneIII系列器件的结构原理 1 8FPGA的结构与工作原理 1 8 2CycloneIII系列器件的结构原理 1 9硬件测试技术 1 9 1内部逻辑测试 1 9 2JTAG边界扫描测试 1 10编程与配置 基于电可擦除存储单元的EEPROM或Flash技术 基于SRAM查找表的编程单元 基于反熔丝编程单元 主动配置方式 被动配置方式 常见的大规模可编程逻辑器件的编程工艺有三种 FPGA 1 11QuartusII QuartusII是Altera公司的新近推出的EDA软件工具 其设计工具完全支持VHDL Verilog的设计流程 其内部嵌有VHDL Verilog逻辑综合器 第三方的综合工具 如LeonardoSpectrum SynplifyPro FPGACompilerII有着更好的综合效果 因此通常建议使用这些工具来完成VHDL Verilog源程序的综合 1 11QuartusII QuartusII可以直接调用这些第三方工具 同样 QuartusII具备仿真功能 但也支持第三方的仿真工具 如Modelsim 此外 QuartusII为AlteraDSP开发包进行系统模型设计提供了集成综合环境 它与MATLAB和DSPBuilder结合可以进行基于FPGA的DSP系统开发 是DSP硬件系统实现的关键EDA工具 QuartusII还可与SOPCBuilder结合 实现SOPC系统开发 1 11QuartusII 1 12IP核 知识产权IP核 1 12IP核 IP IntelletualProperty 知识产权 核有MCU DSP 标准接口 标准算法等 实现形式分为 软IP核 对电路功能的RTL或门级HDL描述代码 用户可修改 与硬件结构关系不大 可预测性差 硬IP核 以版图形式描述的设计模块 用户不可修改 固IP核 介于软核和硬核之间 允许用户进行部分修改和优化 IP模块的优化 芯片面积最小 运算速度最快 功率消耗最低 工艺容差最大 1 12IP核 基于IP的嵌入式系统发展 单片系统 SoC SOPC SystemOnProgrammableChip 集成MCU MicroControlUnit 或DSP DigitalSignalProcessing 通信接口 存储器等 发展于单板机和单片机 平台级单片系统 集成多MCU和DSP 网络通信和存储等 实现可重构系统 1 13EDA