EDA技术及应用项目教程 课件 项目1 认识EDA技术

项目1

认识EDA技术摘要ABSTRACT

当前人们已经进入了数字化和信息化时代，其特点是各种数字产品的广泛应用。现代数字产品在性能提高、复杂度增大的同时，更新换代的步伐越来越快。电子系统设计所采用的技术也越来越先进，利用现代电子技术设计高性能、高可靠性的电子系统已成为设计人员必须掌握的一门技术。本项目知识图谱本项目学习目标知识目标①了解EDA技术的含义及其发展历史②熟悉EDA技术的主要内容③理解数字系统的设计方法与IP核复用技术④掌握EDA技术的设计流程本项目学习目标技能目标①能够了解EDA技术的中文含义、特点以及主要内容②能够掌握CPLD/FPGA的设计方法与设计流程本项目学习目标素养目标①养成自主学习、协作学习、探究学习的意识②树立技能成才，技能报国的人生理想1目录CONTENTS了解EDA技术及其发展2熟悉EDA主要内容掌握EDA设计流程43理解数字系统的设计方法与IP核复用任务1.1了解EDA技术及其发展

伴随着计算机、集成电路和电子系统设计的发展，融合了计算数学、优化理论、图论和拓扑学等多学科精髓发展起来的电子设计自动化（EDA）技术，正在成为现代电子设计技术的核心。1.1.1EDA技术的含义与特点

EDA：ElectronicDesignAutomation(电子设计自动化)

狭义EDA技术就是依靠功能强大的电子计算机，在EDA工具软件平台上，对以硬件描述语言HDL(HardwareDescriptionLanguage)为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化和仿真，直至下载到可编程逻辑器件CPLD/FPGA或专用集成电路ASIC芯片中，实现既定的电子电路设计功能的一门新兴技术，或称为IES/ASIC自动设计技术。1.

EDA技术的含义

广义EDA技术除了狭义的EDA技术外，还包括计算机辅助分析CAA技术(如PSPICE、Multisim、MATLAB、Proteus等)和印刷电路板计算机辅助设计PCB-CAD技术(如AltiumDesigner、Cadenceallegro、MentorPADS等)。

1.1.1EDA技术的含义与特点2.EDA技术的特点●

用软件的方式对系统进行硬件设计；●

用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由开发软件自动完成的；●

设计过程中可用有关软件进行各种仿真；●

具有高层综合和优化的功能，能在系统对系统进行综合、优化和仿真；●

采用大规模可编程器件实现系统；●所设计的系统可现场编程，在线升级；●提供开放性和标准化和操作环境，可实现资源共享、设计的移植；

●采用平面规划技术，可对逻辑综合和物理版图设计进行联合管理；

●带有嵌入IP(IntellectualProperty，知识产权)核的ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，专用集成电路)设计，提供软、硬件协同设计工具；●支持多人的并行设计，适合团队协作、分工设计。

1.1.2EDA技术的发展与展望1.

EDA技术的发展历程ESDA

电子系统设计自动化CAED

计算机辅助工程设计CAD

计算机辅助设计20世纪90年代20世纪80年代20世纪70年代1.1.2EDA技术的发展与展望2.EDA技术的发展趋势（1）可编程逻辑器件的发展趋势向高密度、高速度、宽频带方向发展；向系统内可重构的方向发展；向可预测延时方向发展；向混合可编程技术方向发展；向低电压、低功耗方面发展

1.1.2EDA技术的发展与展望2.EDA技术的发展趋势（2）开发工具的发展趋势具有混合信号处理能力；高效的仿真工具；理想的逻辑综合、优化工具。（3）系统描述方式的发展趋势描述方式简便化；描述方式高效化和统一化。任务1.2熟悉EDA主要内容

作为一门发展迅速，有着广阔应用前景的新技术，EDA技术涉及面广，内容丰富。要系统、全面掌握EDA技术，必须掌握一系列的相关知识和理论。比如作为载体的大规模可编程逻辑器件，作为主要表达手段的硬件描述语言等。1.2.1EDA技术的主要内容主要内容大规模可编程逻辑器件：FPGA（现场可编程门阵列）、CPLD（复杂可编程逻辑器件）硬件描述语言：VHDL、VerilogHDL、Superlog、SystemVerilog和SystemC等软件开发工具集成开发工具：QuartusPrime、Vivado等前端输入与系统管理工具：HDLTurboWriter、VisualVHDL/Verilog、VisualElite等逻辑综合器：Synplify、PrecisionSynthesis、LeonardoSpectrum等仿真器：ModleSim、ActiveHDL等其他EDA工具：DSPBuilder、SOPCBuilde等SOPCBuilde1.2.2主要EDA技术厂商主要厂商Altera公司（已被Intel公司收购）Xilinx公司（已被AMD公司收购）Lattice公司（已被绿洲控股收购）Actel公司最大的3家EDA厂商任务1.3理解数字系统的设计方法与IP核复用

本任务主要讲述数字系统的设计方法和IP核复用相关知识1.3.1数字系统的设计方法1.Bottom-up设计法设计方法没有明显的规律可循，采用试探的方法完成系统设计。设计依赖于设计者的经验，不易实现系统化、清晰易懂的设计；系统的性能分析和测试、功能验证和仿真只能在系统构成后进行，调试复杂，修改设计比较困难；设计依赖于现有的通用元器件，设计实现周期长、灵活性差、费时费用、效率较低。1.3.1数字系统的设计方法2.Top-down设计法自顶向下设计方法是一种模块化设计方法，对设计的描述从上到下逐步由粗略到详细，符合常规的逻辑思维习惯；应用自顶向下的设计方法便于由多个设计者同时进行设计，对设计任务进行合理分配，用系统工程的方法对设计进行管理；自顶向下的设计方法使得高层设计完全独立于目标器件的结构，在设计的初级阶段，设计人员可以摆脱芯片结构的束缚，将精力集中在可以规避传统设计方法中的再设计风险的环节，缩短了产品的开发周期，降低了成本。1.3.2IP复用技术与SoC1.IP复用技术IP核分为软核(SoftCore)、固核(FirmCore)和硬核(HardCore)这三种。

软核只完成RTL级的行为设计，以HDL的方式提交使用；描述方式高效化和统一化固核比软核有更大的设计深度，已完成了门级综合、时序仿真并经过硬件验证，以门级网表的形式提交使用；硬核以IC版图的形式提交，并经过实际工艺流片验证。

1.3.2IP复用技术与SoC2.SoCSoC（SystemonChip，片上系统）又称芯片系统或系统芯片，它是在单个芯片上就能完成一个电子系统的功能，而这个系统在以前往往需要一个或多个电路板，以及板上的各种电子器件、芯片和互连线共同配合来实现。SoC有两个显著的特点：一是需要硬件规模庞大，目前是基于IP设计模式；二是软件比重大，需要进行软硬件协同设计。

任务1.4掌握EDA设计流程

本任务主要讲述CPLD/FPGA和ASIC的设计流程1.4.1CPLD/FPGA设计流程设计输入●原理图●硬件描述语言●波形图设计准备设计处理●优化●综合●适配●分割●布局●布线器件编程设计完成功能仿真时序仿真器件测试1.4.1CPLD/FPGA设计流程1.设计准备定义I/O端口选择CPLD/FPGA器件逻辑划分2.设计输入

设计输入

原理图输入

HDL文本输入

波形图输入1.4.1CPLD/FPGA设计流程设计编译和检查：在编译过程中，首先进行语法检验，然后进行设计规则检查；逻辑优化和综合：化简所有的逻辑方程或用户自建的宏，使设计所占用的资源最少。适配和分割：确定优化以后的逻辑能否与下载目标器件CPLD或FPGA中的宏单元和I/O单元适配，然后将设计分割为多个便于适配的逻辑小块形式映射到器件相应的宏单元中。布局和布线：在设计检验通过以后由软件自动完成的，它能以最优的方式对逻辑元件布局，并准确地实现元件间的布线互联。

生成编程数据文件：产生可供器件编程使用的数据文件。3.设计处理1.4.1CPLD/FPGA设计流程4.设计校验时序仿真功能仿真接近真实器件运行特性的仿真，仿真文件中己包含了器件硬件特性参数，因而，仿真精度高。直接对VerilogHDL、原理图描述的逻辑功能进行测试模拟，以了解其实现的功能是否满足原设计要求的过程，仿真过程不涉及任何具体器件的硬件特性。1.4.1CPLD/FPGA设计流程通过下载电缆连接PC机（串口、USB口）和器件电路板上的下载接口，将设计文件下载到PLD器件中。

5.器件编程器件在编程完毕之后，可以用编译时产生的文件对器件进行检验、加密等工作，或采用边界扫描测试技术进行功能测试，测试成功后才完成其设计。

6.器件测试和设计验证1.