VHDL和EDA相关知识

VHDL 语言基本特点与传统的电路设计方法相比较, 采用VHDL 语言进行数字逻辑电路的设计具有如下的特点:( 1) 功能强大,描述力强。可用于门级、 电路级、甚至系统级的描述、 仿真和设计,随时判断设计系统功能的可行性。( 2) 可移植性好。对于设计和仿真工具采用相同的描述,对于不同的平台也采用相同的描述。( 3) 研制周期短, 成本低。由于 VHDL 支持大规模设计的分解和对已有设计的利用, 加快了设计流程, 减轻了设计者的工作强度,提高了设计效率和质量。( 4) 大量应用可编程逻辑器件芯片。众多芯片制造厂家生产的芯片支持 VHDL 语言的编程, 目标器件有很大的选择范围, 不必要受到所用元器件的限制。VHDL 硬件描述语言在数字电路设计中的应用VHDL 采用类似高级语言的语句格式完成对硬件行为的描述, 这也是为什么我们把 VHDL 称为编程语言的原因.最后, VHDL 所给出的逻辑的模拟与调试为设计工作提供了最大的空间, 用户甚至不必编写任何测试向量便可以进行源代码级的调试. 而且, 设计者可以非常方便地比较各种方案之间的可行性及其优劣, 而不需做任何实际的电路实验.鉴于 VHDL 具有以上诸多优点, 只要开发者拥有Pascal、 C 等计算机高级语言的基础, 便可以轻松地掌握VHDL, 使硬件工作软件化。与其它硬件设计方法相比,用VHDL 进行工程设计的优点是多方面的: 具有很强的行为描述能力, 支持大规模设计的分解和已有设计的再利用,可读性好, 易于修改和发现错误, 可以使用仿真器对VHDL 源代码进行仿真而允许设计者不依赖于器件,实现了设计与工艺无关,可移植性好, 上市时间快, 成本低, ASIC 移植等优点。EDA是电子设计自动化( Electronic Design Automation)的缩写。它是一门正在高速发展的新技术 ,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式设计电子系统到硬件系统的一门新技术。可以实现逻辑编译、 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。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。EDA技术是伴随着计算机、 集成电路、 电子系统的设计发展起来的 ,至今已有 30 多年的历程 ,大致可以分为三个发展阶段 ,20 世纪 70 年代的 CAD (计算机辅助设计)阶段:这一阶段的主要特征是利用计算机辅助进行电路原理图编辑、PCB布线 ,使得设计师从传统高度重复繁杂的绘图劳动中解脱出来。20 世纪 80 年代的 CAED(计算机辅助工程设计)阶段:这一阶段的主要特征是以逻辑摸拟、 定时分析、 故障仿真、 自动布局布线为核心 ,重点解决电路设计的功能检测等问题 ,使设计能在产品制作之前预知产品的功能与性能。20世纪 90 年代是 EDA(电子设计自动化)阶段:这一阶段的主要特征是以高级描述语言、 系统仿真和综合技术为特点 ,采用 “自顶向下” 的设计理念 ,将设计前期的许多高层次设计由EDA工具来完成。EDA 是电子技术设计自动化 ,也就是能够帮助人们设计电子电路或系统的软件工具。该工具可以在电子产品的各个设计阶段发挥作用 ,使设计更复杂的电路和系统成为可能。在原理图设计阶段 ,可以使用 EDA 中的仿真工具论证设计的正确性。在芯片设计阶段 ,可以使用EDA中的芯片设计工具设计制作芯片的版图。在电路板设计阶段 ,可以使用 EDA中电路板设计工具设计多层电路板。特别是支持硬件描述语言的 EDA 工具的出现 ,使复杂数字系统设计自动化成为可能 ,只要用硬件描述语言将数字系统的行为描述正确 ,就可以进行该数字系统的芯片设计与制造。世纪 90 年代是 EDA(电子设计自动化)阶段:这一阶段的主要特征是以高级描述语言、 系统仿真和综合技术为特点 ,采用 “自顶向下” 的设计理念 ,将设计前期的许多高层次设计由EDA工具来完成。EDA 是电子技术设计自动化 ,也就是能够帮助人们设计电子电路或系统的软件工具。该工具可以在电子产品的各个设计阶段发挥作用 ,使设计更复杂的电路和系统成为可能。在原理图设计阶段 ,可以使用 EDA 中的仿真工具论证设计的正确性。在芯片设计阶段 ,可以使用EDA中的芯片设计工具设计制作芯片的版图。在电路板设计阶段 ,可以使用 EDA中电路板设计工具设计多层电路板。特别是支持硬件描述语言的 EDA 工具的出现 ,使复杂数字系统设计自动化成为可能 ,只要用硬件描述语言将数字系统的行为描述正确 ,就可以进行该数字系统的芯片设计与制造。EDA技术发展迅猛 ,逐渐在教学、 科研、 产品设计与制造等各方面都发挥着巨大的作用。在教学方面:几乎所有理工科(特别是电子信息)类的高校都开设了 EDA 课程。主要是让学生了解 EDA 的基本原理和基本概念、 掌握用 VHDL 描述系统逻辑的方法、 使用EDA工具进行电子电路课程的模拟仿真实验。如实验教学、课程设计、 毕业设计、 设计竞赛等均可借助 CPLD/ FPGA 器件 ,使实验设备或设计出的电子系统具有高可靠性 ,又经济、快速、 容易实现、 修改便利 ,同时可大大提高学生的实践动手能力、 创新能力和计算机应用能力。在科研方面:主要利用电路仿真工具进行电路设计与仿真;利用虚拟仪器进行产品调试;将 CPLD/ FPGA 器件的开发应用到仪器设备中 ,CPLD/ FPGA 可直接应用于小批量产品的芯片或作为大批量产品的芯片前期开发。传统机电产品的升级换代和技术改造 ,CPLD/ FPGA 的应用可提高传统产品的性能 ,缩小体积 ,提高技术含量和产品的附加值。作为高等院校有关专业的学生和广大的电子工程师了解和掌握这一先进技术是势在必行 ,这不仅是提高设计效率的需要 ,更是时代发展的需求 ,只有掌握了 EDA 技术才有能力参与世界电子工业市场的竞争 ,才能生存与发展。随着科技的进步 ,电子产品的更新日新月异 ,EDA 技术作为电子产品开发研制的源动力 ,已成为现代电子设计的核心。所以发展EDA 技术将是电子设计领域和电子产业界的一场重大的技术革命 ,同时也对电类课程的教学和科研提出了更深更高的要求。在产品设计与制造方面:从高性能的微处理器、 数字信号处理器一直到彩电、 音响和电子玩具电路等 ,EDA 技术不单是应用于前期的计算机模拟仿真、 产品调试 ,而且也在PCB 的制作、 电子设备的研制与生产、 电路板的焊接、 制作过程等有重要作用。可以说 EDA技术已经成为电子工业领域不可缺少的技术支持。进入 21 世纪后 ,电子技术全方位纳入 EDA 领域 , EDA使得电子领域各学科的界限更加模糊 ,更加互为包容 ,突出表现在以下几个方面:使电子设计成果以自主知识产权的方式得以明确表达和确认成为可能;基于 EDA工具的 ASIC设计标准单元已涵盖大规模电子系统及 IP核模块;软硬件 IP核在电子行业的产业领域、 技术领域和设计应用领域得到进一步确认;SOC( System - on - Chip)高效低成本设计技术的成熟。随着半导体技术、 集成技术和计算机技术的迅猛发展 ,电子系统的设计方法和设计手段都发生了很大的变化。传统的 “固定功能集成块十连线” 的设计方法正逐步地退出历史舞台 ,而基于芯片的设计方法正成为现代电子系统设计的主流。目前, EDA产业正面临一个关键的转折点, 必须随着客户、 电子及IC设计产业的需求而进行调整、 改变与创新。SoC芯片上各种数字和模拟 IP 模块的整合以及低功耗的要求成为新的技术难题; 同时, 验证产品架构及系统时, 必须应对各种不同垂直应用领域的特殊功能。电子行业发展的每一阶段都因为 EDA技术有革命性的进步和突破而相应提高了设计能力, 同时带动了 EDA产业的快速发展。诚然, EDA生存必须适应市场趋势, 未来主要有两大战略方向:专注技术创新,保持领先地位;加强客户合作,互利共赢;今后EDA产品技术创新的重点将会在系统级验证及DFM(可制造性设计)两大领域。电子产品市场的激烈竞争, 迫切要求电子产品设计工程师缩短开发周期,加快产品的更新换代,设计出高可靠性、 低造价、 小体积、 强功能的高性能电子产品来迎接市场挑战。 近年来,微处理器和存储器芯片的性能和集成度提高非常快, 它们与标准逻辑电路( 74/ 54系列, 4000/4500系列)的技术间隙被拉得非常大。 为解决这一矛盾,产生了专用集成电路 ASIC ( Applica-tio n Specific Integ rated Ci r cui t ) , 目前ASIC 发展非常快, 使用ASIC 的产品在电气性能、 体积、 功耗以及技术保密等方面的优点是过去标准 IC 产品所无法比拟的。 ASIC 技术几渗透到一切电子技术领域, 大至航天、 军事产品, 小到儿童玩具。 九十年代无疑是 ASIC 技术广泛普及、 发展的年代,它在当今激烈的技术竞争起越来越重要的作用。作为ASIC 家庭中的特殊一员的FPGA ( Field Prog rammable Gate Arr ay 现场可编程门阵列) , 自1985年由美国XILINX 公司发明以来,得到非常迅速的发展,由于它的诸多优点, 日益受到系统设计工程师的青