绪论-EDA与可编程逻辑器件

EDA与可编程逻辑器件概述,张智海微系统中心313办公室：65104131Zzhincq“2014可编程”群:311710271,一、题外话：大学生应该学习哪些电子知识老古,总结:1.学习模拟电路和数字电路,高等数学等基础知识2.必修单片机,PCB电路板设计3.选修CPLD,DSP,高频电路,外壳设计等.4.能力强的学多一些,能力小的,学少一些.5.注重实践,多动手,理论要联系实际.,大学生机器人大赛,大学生机器人大赛,双臂机器人项目代号：magus制作人：googol(徐振华,机械工程与自动化，F0006101班),主控：MCU-aduc812副控：CPLD-ISPLSI-1032E,全国大学生光电设计竞赛,飞思卡尔智能车大赛,电子发展的前研技术,单片机：51系列，pic系列，AVR,MSP430ARM：（AdvancedRISCMachines）是微处理器行业的一家知名企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。适用于多种领域，比如嵌入控制、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应用等。DSP:数字信号处理芯片可编程逻辑器件FPGA/cpld：是一种由用户根据需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。,MCU(MicroControlUnit)单片机,单片机主要应用于仪器、仪表、家用电器、医疗电子、航空航天等领域。I/O口、计数器/定时器、外围接口、显示接口、电源管理模块MCS51IntelAtmel、Philips、ADI、STSKeiluvision通用、软件支持成熟,MCU(MicroControlUnit)单片机,PICMicrochipMAPLABRISC哈佛总线低功耗、抗干扰工业控制、汽车电子AVR（Atmel)MSP430(TI),ARM(AdvancedRISCMachines),ARMRISC处理器设计公司向其他公司出售芯片使用授权Intel、IBM、LG、NEC、SONY、Philips、NIARM7、ARM9、ARM11,ARM(AdvancedRISCMachines),ARM(AdvancedRISCMachines),控制功能更强大、运行频率更高、可以独立于PC运行操作系统（嵌入式操作系统）嵌入式操作系统Linux、uClinux、WinCE、uCOS-II、VxWorks工业控制、智能监控、手机（如NOKIAN97采用ARM11内核，ARMinside就像电脑上的Intelinside）、上网本、GPS等等。,DSP（DigitalSignalProcessing),DSPDigitalSignalProcessing/DigitalSignalProcessor语音处理：语音编码、语音合成、语音识别、语音增强、语音邮件、语音储存等。图像/图形：图像压缩与传输、图像识别、动画、机器人视觉、多媒体、电子地图、图像增强军事：保密通信、雷达处理、声纳处理、导航、全球定位、跳频电台、搜索和反搜索仪器仪表：频谱分析、函数发生、数据采集、地震处理,DSP（DigitalSignalProcessing),自动控制：电机控制、自动驾驶、机器人控制、磁盘控制等。医疗：助听器、超声设备、核磁共振、病人监护家用电器：数字音响、数字电视、可视电话、音乐合成、玩具和游戏Freescale(飞思卡尔）：体积小、功耗低、高性能适用于通信领域。,DSP（DigitalSignalProcessing),TI（TexasInstruments）德州仪器：DSP应用最广泛、市场份额最大、学习资料最多2000系列针对电力系统，运动控制。学习板多是TMS320LF2407/2812芯片,DSP（DigitalSignalProcessing),C5000系列针对手持式通信产品，低功耗，无线终端。当前学习板多是基于TMS320C5402（基本板）/TMS320C5509/5510(高级板)C6000系列则是针对高性能、多功能、复杂应用领域。,DSP（DigitalSignalProcessing),DaVinci（达芬奇系列）视频处理器达芬奇视频处理器利用TMS320C64x+DSP内核，包含可升级、可编程的处理器（从仅针对ARM9的低成本解决方案到基于数字信号处理器(DSP)的全功能SoC，以及针对范围广泛的数字视频终端设备优化的加速器和外设。最新的TMS320DM646x集成了ARM9核,DSP（DigitalSignalProcessing),OMAPApplicationProcessors具有丰富多媒体功能的外设、OpenGLES2.0兼容图形引擎、视频加速器和TMS320C64x+DSP内核，用于移动数字多媒体领域。学习软件CCS（CodeComposerStudio）最新版本为CCS3.3开发板：合众达（SEED）电子美国TI公司授予代理商。,DSP（DigitalSignalProcessing)最小系统,CPLD/FPGA（ComplicatedProgrammableLogicDevice/FieldProgrammableGateArray),CPLD/FPGA（ComplicatedProgrammableLogicDevice/FieldProgrammableGateArray),二、什么是FPGA,FPGA（FieldProgrammableGateArray),是可编程逻辑器件(简称PLD)的一种，是一种由用户编程以实现某种逻辑功能的逻辑器件。与CPU、MCU、DSP等区别大！与ASIC属近亲！,PLA-GAL-CPLD-FPGA,什么是FPGA,艺术家,电子设计者,FPGA能够做什么？,基于FPGA的ASIC原型验证,FPGA能够做什么？,基于FPGA的并行数字信号处理,FPGA能够做什么？,基于FPGA的数字嵌入式系统,本课程内容,FPGA能够做什么,TIDMD控制板,Xilinxvirtex5FPGA,大规模FPGA,Nios嵌入式系统IP软核,FlashROM,固体硬盘,SRAM,内存,SDRAM,内存,嵌入式Bios,嵌入式ROM,嵌入式RAM,嵌入式FIFO,SDRAM控制模块,硬件DSP模块,RS232,CAN控制器,DMA,VGA控制器,RS232接口电路,PS2键盘接口,PS2鼠标接口,Ethernet接口,内部时钟,PIC接口,浮点算术协处理器,VGA接口,PS/2键盘/鼠标接口,D/A接口,A/D接口,LCD接口,LED接口,USB控制器,UARTFIFO,并行接口,图象或语音采样接口,立体声输出接口,通用I/O口,应用系统,SOPC,三、课程目的与意义,传统的数字系统设计方法采用搭积木式的方法进行，即由器件搭成电路板，由电路板搭成数字系统。系统常用的“积木块”是固定功能的标准集成电路，如74/54系列（TTL）、4000/4500系列（CMOS）芯片和一些固定功能的大规模集成电路。设计者根据需要选择合适的器件，由器件组成电路板，最后完成系统设计。,目的与意义,现代数字系统设计方法EDA（电子设计自动化）技术的发展和普及给数字系统的设计带来了革命性的变化。在器件方面，可编程逻辑器件飞速发展。利用EDA工具，采用可编程逻辑器件，正在成为数字系统设计的主流。,目的与意义,目的与意义,采用可编程逻辑器件芯片和EDA软件，在实验室里就可以完成数字系统的设计和生产。可以实现无芯片EDA公司，专业从事IP模块生产。也可以实现无生产线集成电路设计公司的运作。可以说，当今的数字系统设计已经离不开可编程逻辑器件和EDA设计工具。,探索改革。,目的与意义,密西根安亚伯分校电机系的大一作业,目的与意义,伊利诺州立大学香槟分校数字系统设计课程,教材：EDA技术实用教程(潘松)第三版科学出版社,第一、二版采用MAXPLUS2,第三、四版采用quatus2,潘松的后续书籍,讲nios2,但是现在针对的版本已经过时,基于VHDL的FPGA和NiosII实例精炼,作者：刘福奇出版社：北京航空航天大学出版社,AlteraFPGA/CPLD设计基础篇,EDA先锋工作室;人民邮电出版社本书结合作者多年工作经验，系统地介绍了FPGA/CPLD的基本设计方法。在介绍FPGA/CPLD概念的基础上，介绍了Altera主流FPGA/CPLD的结构与特点，并通过丰富的实例讲解QuartusII与ModelSim、SynplifyPro等常用EDA工具的开发流程深入地讨论了AlteraFPGA/CPLD的设计、优化技巧。在讨论FPGA/CPLD设计指导原则的基础上，介绍了Altera器件的高级应用；引领读者学习逻辑锁定设计工具，详细讨论了时序约束与静态时序分析方法；结合实例讨论如何进行设计优化，介绍了Altera的可编程器件的高级设计工具与系统级设计技巧,FPGA学习,VHDL.Programming.by.ExampleMcGraw.Hill.,FPGA学习(SOPC),SOPCRapidPrototypingofdigitalsystemSopceditionNiosII,FPGA设计指南器件、工具和流程,不涉及具体的技术而是专门介绍有关FPGA的概念性的问题,整体感强，点到则止,课外学习硬件平台alteracyclone芯片为核心的开发板,课外学习硬件平台alteracyclone芯片为核心的开发板,推荐网站,可编程逻辑器件中文网站,第一台电子管计算机,第一个三极管,第一个IC,今天的奔腾4,SOC（SystemonChip,片上系统）技术,SOC的工作开始于20世纪90年代,虽然对SOC至今尚无非常明确的定义，但一般认为，采用深亚微米（0.6微米）工艺技术，IP核的复用和软硬件协同设计是SOC的三大技术特征。,按照1999年国际半导体技术发展指南(ITRS1999），目前组成SOC的模块单元可以包括微处理器核，嵌入式SRAM、DRAM和FLASH单元以及某些特定的逻辑单元。ITRS99认为，开发SOC的根本目标是提高性能和降低成本,另外，Soc开发的另一个重要的考虑是他的可编程特性（通过软件、fpga,flash或其他手段来实现）。,IP（IntellectualProperty)核是SOC的建造基础今天所称的IP是指那些较高集成度并具有完整功能的单元模块，如MPU、DSP、DRAM、FLASH等模块.IP模块的再利用，除了可以缩短SOC芯片的设计时间外，还能大大降低设计和制造的成本，提高可靠性。,关于IP核的开发应用,IP核从技术层面上可分为软核、固核、硬核三种从满足SOC的设计要求来说，它必须有四个特征：1.必须是符合设计再利用的要求按嵌入式专门设计的。2.必须是经多次优化设计，达到通常的“四最”（芯片面积最小，运算速度最快，功耗最小，工艺容差最大）的目标。3.必须是允许多家公司在支付一定费用后商业运用的，而不是本公司内部专用的。4.必须符合IP标准。1996年9月，世界35个著名公司组成一个国际性企业联合组织棗虚拟插座接口联盟VSIA。,IP核,IP（IntellectualProperty）就是常说的知识产权。美国Dataquest咨询公司将半导体产业的IP定义为用于ASIC、ASSP、PLD等当中，并且是预先设计好的电路功能模块。分为软IP、固IP和硬IP三种。软核（SoftCore）软IP用计算机高级语言的形式描述功能块的行为，但是并不涉及用什么电路和电路元件实现这些行为。软IP的最终产品基本上与通常的应用软件大同小异，开发过程与应用软件也十分相象，只是所需的开发软、硬件环境，尤其工具软件要昂贵很多。软IP的设计周期短，设计投入少，由于不涉及物理实现，为后续设计留有很大的发挥空间，增大了IP的灵活性和适应性。当然软IP的一个不可避免的弱点是：会有一定比例的后续工序无法适应软IP设计，从而造成一定程度的软IP修正。（最终产品是RTL级的HDL代码）固核（FirmCore）固IP是完成了综合的功能块（netlist），有较大的设计深度，以网表(netlist)的形式提交客户使用。如果客户与固IP使用同一个生产线的单元库，IP的成功率会比较高。硬核（HardCore）硬IP提供设计的最终阶段产品：版图掩膜（GDSII）。随着设计深度的提高，后续工序所需要做的事情就越少，当然，灵活性也就越少。不同的客户可以根据自己的需要订购不同的IP产品。,HDL概述,随着EDA技术的发展，使用硬件语言设计PLD/FPGA成为一种趋势。目前最主要的硬件描述语言是VHDL和VerilogHDL。HDLVHDLVerilogHDL其它HDL:ABEL，AHDL，硬件C语言,VHDL语言简介,VHDL（Very-High-SpeedIntegratedCircuitHardwareDescriptionLanguage）诞生于1982年。1987年底，VHDL被IEEE和美国国防部确认为标准硬件描述语言。现在，VHDL和Ver