江南大学物联网工程学院微电子专业EDA专用ppt电子设计自动化第1章

1、第一章 绪论1.1 EDA技术的涵义技术的涵义1.2 EDA技术的发展历程技术的发展历程1.3 EDA技术的主要内容技术的主要内容1.4 EDA工具的发展趋势工具的发展趋势1.5 EDA的工程设计流程的工程设计流程1.6 数字系统的设计数字系统的设计1.7 EDA技术的应用展望技术的应用展望 第一章 绪论1.1 EDA技术的涵义EDA译成电子设计自动化，其涵盖的范围可以非常广；包括印刷电路板的计算机辅助设计、包括集成电路的计算机辅助设计等等都可以算做电子设计自动化。 本门课程所指的EDA专指以大规模可编程逻辑器件大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达

2、方式，以开发软件开发软件及实验开发系统实验开发系统为设计工具，完成电子系统的设计。 第一章 绪论EDA技术，具有以下几个特点： 整个系统可集成在一个芯片上，体积小、功耗低、可靠性高。 系统可现场编程，在线升级； 设计过程中可用有关软件进行各种仿真； 用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关的开发软件自动完成的； 用软件的方式设计硬件；下面我们来讨论EDA的发展历程软件比硬件设计方便硬件需要考虑的规则比较多呀尽早发现错误这是仿生学的物质基础！1997年瑞士联邦学院第一章 绪论1.2 EDA技术的发展历程发展阶段设计的载体(设计的结果用什么来实现)设计描述的语言开发软件的功能CAD分立元件，中

3、、小规模标准集成电路二维图形布图、布线CAE微处理器、存储器、门阵列、可编程逻辑器件原理图编辑逻辑模拟、定时分析、故障仿真、自动布局布线EDA大规模可编程逻辑器件硬件描述语言系统行为描述、系统综合、系统仿真、系统划分、指标分配和系统决策未来片上系统，包含传感器和执行结构。如硅温度传感器、硅马达自然语言见EDA工具发展趋势原料、工具、系统要求下面我们来讨论EDA的主要内容第一章 绪论1.3 EDA技术的主要内容1、大规模可编程器件2、硬件描述语言3、软件开发工具4、实验开发系统第一章 绪论大规模可编程逻辑器件是利用EDA技术进行电子系统设计的载体载体硬件描述语言是利用EDA技术进行电子系统设计的

4、主要表达手段表达手段软件开发工具是利用EDA技术进行电子系统设计的智能化的自动化设计工具设计工具实验开发系统则是利用EDA技术进行电子系统设计的下载工具下载工具及硬件验证工具硬件验证工具。第一章 绪论1、大规模可编程逻辑器件可编程逻辑器件(简称PLD)是一种由用户编程以实现某种逻辑功能的新型逻辑器件。大规模可编程逻辑器件中，目前应用最为广泛的是FPGA和CPLD器件。FPGA：现场可编程门阵列的简称CPLD：复杂可编程逻辑器件的简称第一章 绪论大规模可编程逻辑器件的特点高集成度、高速度和高可靠性是FPGA/CPLD最明显的特点。支持标准化的设计语言，设计过程基本和硬件没有关系，所以设计成果有很

5、好的兼容性和可移植性。开发效率高，可以在很短的时间内完成复杂的系统设计；产品开发周期短，可快速进入市场。第一章 绪论2、硬件描述语言HDL常用的硬件描述语言有VHDL、VERILOGVHDL：作为IEEE的工业标准硬件描述语言，在电子工程领域，已成为事实上的通用硬件描述语言。VERILOG ：支持的EDA工具较多，适用于RTL级和门电路级的描述，其综合过程较VHDL稍简单，但其在高级描述方面不如VHDL。第一章 绪论2、硬件描述语言HDLVHDL程序的例子：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL

6、;ENTITY ADDER1 IS PORT(A, B: IN SIGNED(3 DOWNTO 0); SUM: OUT SIGNED(4 DOWNTO 0);END ENTITY ADDER1;ARCHITECTURE ART1 OF ADDER1 IS BEGIN SUM = A + B;END ARCHITECTURE ART1;第一章 绪论3、软件开发工具软件开发工具是实现硬件描述语言的编辑、编译、综合、仿真、适配、编程/下载和硬件调试的软件平台。MAX+PLUS II：ALTERA公司产品，业界最强大的设计工具之一。还有：ispEXPERT、Foundation Series主要的区

7、别在于面向的目标器件不一样。第一章 绪论3、软件开发工具第一章 绪论4、实验开发系统提供芯片下载电路及EDA实验/开发的外围资源(类似于用于单片机开发的仿真器)，供硬件验证用。实验或开发所需的各类基本信号发生模块，包括时钟、脉冲、高低电平等； FPGA/CPLD输出信息显示模块，包括数码显示、发光管显示、声响指示等； 监控程序模块，提供“电路重构软配置”； 目标芯片适配座以及上面的FPGA/CPLD目标芯片和编程下载电路。下面我们来讨论EDA工具的发展趋势第一章 绪论1.4 EDA工具发展趋势1、具有混合信号处理能力的EDA工具数字电路设计的EDA工具容易实现，也很多。模拟电路设计的EDA工具

8、较难开发，较少。20世纪90年代以来EDA工具厂商都比较重视数/模混合信号设计工具的开发。第一章 绪论2、更为有效的仿真工具在整个电子设计过程中仿真是花费时间最多的工作也是占用EDA工具资源最多的一个环节。提高仿真的有效性一方面是建立合理的仿真算法仿真算法，另一方面是系统级仿真中系统级模型的建模建模，电路级仿真中电路级模型的建模。第一章 绪论3、更为理想的设计综合工具设计综合工具由最初只能实现逻辑综合，逐步发展到可以实现设计前端综合，直到设计后端的版图综合以及测试综合的完整的综合工具。第一章 绪论使用统一的集成化设计环境；改变传统设计思路，将精力集中到设计构思、方案比较和寻找优化设计等方面；今

9、天的EDA工具将向着功能强大、简单易学、使用方便的方向发展。下面我们来讨论EDA的设计流程第一章 绪论1.5 EDA工程设计流程硬件测试测试电路仿真器功能仿真行为仿真时序仿真VHDL仿真器门级时序仿真功能仿真编程、下载编程器/下载电缆VHDL/Verilog网表熔丝图、SRAM文件、自动优化、布局、布线/适配FPGA/CPLD布线/适配器(EDIF,XNF,VHDL)网表文件VHDL源程序逻辑综合、优化VHDL综合器生成VHDL源程序图形编辑器文本编辑器下面我们来讨论数字系统的设计第一章 绪论1.6 数字系统设计采用自顶向下设计法遵循以下准则：分割准则、系统的可观测性准则、尽量采用同步电路准则

10、、最优化设计准则、系统设计艺术准则。第一章 绪论数字系统设计步骤1系统任务分析数字系统设计中的第一步是明确系统的任务。在设计任务书中，可用各种方式提出对整个数字系统的逻辑要求，常用的方式有自然语言、逻辑流程图、时序图或几种方法的结合。当系统较大或逻辑关系较复杂时，系统任务(逻辑要求)逻辑的表述和理解都不是一件容易的工作。所以，分析系统的任务必须细致、全面，不能有理解上的偏差和疏漏。第一章 绪论2确定逻辑算法实现系统逻辑运算的方法称为逻辑算法，也简称为算法。一个数字系统的逻辑运算往往有多种算法，设计者的任务不但是要找出各种算法，还必须比较优劣，取长补短，从中确定最合理的一种。数字系统的算法是逻辑

11、设计的基础，算法不同，则系统的结构也不同，算法的合理与否直接影响系统结构的合理性。确定算法是数字系统设计中最具创造性的一环，也是最难的一步。第一章 绪论3建立系统及子系统模型当算法明确后，应根据算法构造系统的硬件框架(也称为系统框图)，将系统划分为若干个部分，各部分分别承担算法中不同的逻辑操作功能。如果某一部分的规模仍嫌大，则需进一步划分。划分后的各个部分应逻辑功能清楚，规模大小合适，便于进行电路级的设计。 第一章 绪论4系统(或模块)逻辑描述当系统中各个子系统(指最低层子系统)和模块的逻辑功能和结构确定后，则需采用比较规范的形式来描述系统的逻辑功能。设计方案的描述方法可以有多种，常用的有方框

12、图、流程图和描述语言等。对系统的逻辑描述可先采用较粗略的逻辑流程图，再将逻辑流程图逐步细化为详细逻辑流程图，最后将详细逻辑流程图表示成与硬件有对应关系的形式，为下一步的电路级设计提供依据。第一章 绪论5逻辑电路级设计及系统仿真电路级设计是指选择合理的器件和连接关系以实现系统逻辑要求。电路级设计的结果常采用两种方式来表达：电路图方式和硬件描述语言方式。EDA软件允许以这两种方式输入，以便作后续的处理。当电路设计完成后必须验证设计是否正确。在早期，只能通过搭试硬件电路才能得到设计的结果。目前，数字电路设计的EDA软件都具有仿真功能，先通过系统仿真，当系统仿真结果正确后再进行实际电路的测试。第一章 绪论6系统的物理实现物理实现是指用实际的器件实现数字系统的设计，用仪表测量设计的电路是否符合设计要求。现在的数字系统往往采用大规模和超大规模集成电路，由于器件集成度高、导线密集，故一般在电路设计完成后即设计印刷电路板，在印刷电路板上组装电路进行测试。需要注意的是，印刷电路板本身的物理特性也会影响电路的逻辑关系。下面我们来讨论EDA技术的应用第一章 绪论1.7 EDA技术应用展望1.