电子设计自动化EDA绪论

电子设计自动化（EDA)课时：2*15课时，6课时的课外实验考试：实验成绩30%（实验考试）随堂考试70％（考查课）实验部分:（提前准备好实验报告本）6节小实验（3次）综合实验（1周）记入平时成绩实验课地点：主楼八楼东边现代通信实验室周次星期日期节次班级10一31/101.2测控09-1一31/103.4测控09-211一7/111.2测控09-1一7/113.4测控09-212一14/111.2测控09-1一14/113.4测控09-217测控09-1测控09-2测控09-1.2实验时间安排VHDL设计技术参考书《CPLD系列设计技术与入门》：黄正谨徐坚章小丽熊明珍等编著，电子科技大学出版社《可编程逻辑器件原理、开发与应用》：赵曙光等编著，西安科技大学出版社《VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计》：侯伯亨顾新编著，西安电子科技大学出版社《VHDL程序设计》：曾繁泰陈美金编著，清华大学出版社《数字集成系统的结构化设计与高层次综合》：王志华邓仰东编著，清华大学出版社《VHDL应用与开发实践》：甘历编著，科技出版社参考教材参考教材参考教材课程结构安排：一：第1到第3章基础知识：EDA发展流程，设计流程。基本的硬件结构二：第4章：软件三：第5章是整个VHDL程序设计的语言要素和语句部分（核心内容）四：软件操作以及设计中的一些优化问题。五：第6章，系统设计（综合实验）。第一章绪论主要内容1.EDA概念2.EDA发展历程3.EDA发展趋势常见英文缩写解释（按字母顺序排列）ASIC:ApplicationSpecificIntegratedCircuit.专用ICCPLD:ComplexProgrammableLogicDevice.复杂可编程逻辑器件EDA:ElectronicDesignAutomation.电子设计自动化FPGA:FieldProgrammableGateArray.现场可编程门阵列GAL:GenericArrayLogic.通用阵列逻辑HDL:HardwareDescriptionLanguage.硬件描述语言•IP:IntelligentProperty.智能模块•PAL:ProgrammableArrayLogic.可编程阵列逻辑•RTL:RegisterTransferLevel.寄存器传输级（描述）•SOC:SystemOnaChip.片上系统•SLIC:SystemLevelIC.系统级IC•VHDL:VeryhighspeedintegratedcircuitHardwareDescriptionLanguage.•超高速集成电路硬件描述语言主要内容1.实现载体：大规模可编程逻辑器件2.描述语言：硬件描述语言3.设计工具：软件开发系统4.硬件验证：实验开发系统1.大规模可编程逻辑器件FPGA和CPLD主要公司：Xilinx，Altera，LatticeFPGA/CPLD显著的优点：开发周期短、投资风险小、产品上市速度快、市场适应能力强、硬件修改升级方便。实验装置三类器件的主要性能指标比较2.硬件描述语言(HDL)VHDL：IEEE标准，系统级抽象描述能力较强。Verilog：IEEE标准，门级开关电路描述能力较强。ABEL：系统级抽象描述能力差，适合于门级电路描述。3.软件开发工具集成化的开发系统特定功能的开发软件：综合软件仿真软件集成化的开发系统Altera公司：MAX+plusII、QuartusII系列Xilinx公司：ISE、Foundation、Aillance系列Lattice公司：ispDesignEXPERT系列特定功能的开发软件综合类：Synplicity公司的Synplify/SynplifyproSynopsys公司的FPGAExpress、FPGAcompilerIIMentor公司的LeonardoSpectrum仿真类：ModelTech公司的ModelsimAldec公司的ActiveHDLCadence公司的NC-Verilog、NC-VHDL、NC-SIM4.实验开发系统EDA技术狭义定义：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，自动完成用软件方式方式描述的电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、布局布线、逻辑仿真，直至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的一门多学科融合的新技术。1.1EDA技术及其发展●EDA（ElectronicDesignAutomation）●EDA：是指以计算机为工作平台，融合应用电子技术、计算机技术、智能化技而研制成的电子CAD(ComputerAidedDesign)通用软件包。●功能：辅助IC(integratedcircuit)设计,电子电路设计,PCB(PrintedCircuitBoard)设计EDA技术的发展•七十年代为CAD（ComputerAidedDesign计算机辅助设计）阶段用计算机辅助进行IC版图编辑、PCB布局布线，取代了手工画图。•八十年代为CAE（ComputerAidedEngineering计算机辅助工程）阶段支持电路功能设计和结构设计，通过电路网表将两者结合在一起，实现了工程设计。CAE的主要功能是：原理图输入，逻辑仿真，电路分析，自动布局布线，PCB后分析。•九十年代为ESDA（ElectronicSystemDesignAutomation电子系统设计自动化）阶段1.EDA概念以及发展七十年代为CAD（ComputerAidedDesign计算机辅助设计）阶段用计算机辅助进行IC版图编辑、PCB布局布线，取代了手工画图。八十年代为CAE（ComputerAidedEngineering计算机辅助工程）阶段支持电路功能设计和结构设计，通过电路网表将两者结合在一起，实现了工程设计。CAE的主要功能是：原理图输入，逻辑仿真，电路分析，自动布局布线，PCB后分析。九十年代为ESDA（ElectronicSystemDesignAutomation电子系统设计自动化）阶段上节课内容回顾：2.可编程逻辑器件•CPLD:ComplexProgrammableLogicDevice.复杂可编程逻辑器件•FPGA:FieldProgrammableGateArray.现场可编程•FPGA和CPLD主要公司：Xilinx，Altera，Lattice3.硬件描述语言•VHDL:VeryhighspeedintegratedcircuitHardwareDescriptionLanguage.超高速集成电路硬件描述语言•VHDL：IEEE标准，系统级抽象描述能力较强。•Verilog：IEEE标准，门级开关电路描述能力较强。4.集成化的开发系统Altera公司：MAX+plusII、QuartusII系列ESDA技术的基本特征•（1）支持“自顶向下”的设计方法•（2）支持ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)设计•（3）采用硬件描述语言•（4）基于系统框架结构•在我国所使用的工具中，最有代表性的设计工具是Tango和早期的ORCAD。它们的出现，使得电子电路设计和印刷板布线工艺实现了自动化，但还只能算自下而上的设计方法。随着大规模专用集成电路的开发和研制，为了提高开发的效率和增加已有开发成果的可继承性，以及缩短开发时间，各种新兴的EDA工具开始出现，特别是硬件描述语言HDL（HardwareDescriptionLanguage）的出现，•特别是硬件描述语言HDL（HardwareDescriptionLanguage）的出现，使得传统的硬件电路设计方法发生了巨大的变革，新兴的EDA设计方法采用了自上而下（TopDown）的设计方法。•所谓自上而下的设计方法，就是从系统总体要求出发，自上而下地逐步将设计内容细化，最后完成系统硬件的整体设计。•各公司的EDA工具基本上都支持两种标准的HDL，分别是VHDL和VerilogHDL。关于VHDL(06)VeryhighspeedintegratedHardwareDescriptionLanguage(VHDL)–是IEEE、工业标准硬件描述语言–用语言的方式而非图形等方式描述硬件电路•容易修改•容易保存–特别适合于设计的电路有：•复杂组合逻辑电路，如：–译码器、编码器、加减法器、多路选择器、地址译码器…...•状态机•等等……..VHDL的功能和标准•VHDL描述–输入端口–输出端口–电路的行为和功能•VHDL有过两个标准：–IEEEStd1076-1987(calledVHDL1987)–IEEEStd1076-1993(calledVHDL1993)概述：•用HDL语言表达设计意图，FPGA作为硬件载体，计算机为设计开发工具，EDA作为软件开发环境的现代化电子设计方法简介－－背景（二）•美国国防部在80年代初提出了VHSIC（VeryHighSpeedIntegratedCircuit）计划，其目标之一是为下一代集成电路的生产，实现阶段性的工艺极限以及完成10万门级以上的设计，建立一项新的描述方法。1981年提出了一种新的HDL，称之为VHSICHardwareDescriptionLanguage，简称为VHDL，这种语言的成就有两个方面：•描述复杂的数字电路系统•成为国际的硬件描述语言标准VHDL的特点：•将一项工程设计或称设计实体（可以是一个元件，一个电路模块或一个系统）分成外部（或称可视部分，即端口）和内部（或称不可视部分），即设计实体的内部功能和算法完成部分。VHDL语言特色：•VHDL语言中设计实体（designentity),程序包(pacage),设计库，为设计人员重复利用别人的设计提供了技术手段。•重复利用他人的IP模块和软核（softcove)是VHDL语言的特色。VHDL语言的优点：1.具有很强的行为描述能力。2.支持大规模设计的分解和已有设计的再利用。3.可读性好，易于修改和发现错误。4.可以使用仿真器对VHDL源代码进行仿真。5.允许设计者不依赖于器件。6.实现了设计与工艺无关。7.可移植性好。8.上市时间快，成本低。9.ASIC移植。VHDL与计算机语言的区别•运行的基础–计算机语言是在CPU＋RAM构建的平台上运行–VHDL设计的结果是由具体的逻辑、触发器组成的数字电路•执行方式–计算机语言基本上以串行的方式执行–VHDL在总体上是以并行方式工作•验证方式–计算机语言主要关注于变量值的变化–VHDL要实现严格的时序逻辑关系C、ASM...程序CPU指令/数据代码：0100101000101100软件程序编译器COMPILER编译器和综合功能比较VHDL/VERILOG.程序硬件描述语言综合器SYNTHESIZER为ASIC设计提供的电路网表文件（a）软件语言设计目标流程（b）硬件语言设计目标流程HDL语言的种类•Candence公司的VerilogHDL语言，于1995年成为IEEE标准，从C语言发展而来。•MenterGraghics公司的BLM语言，从PASCAL语言发展而来，未成为IEEE标准。•Altera公司的AHDL的语言，具有C语言风格。系统集成芯片成为IC设计的发展方向，这一发展趋势表现在如下几个方面：超大规模集成电路的集成度和工艺水平不断提高，深亚微米(Deep-Submicron)工艺，如0.18μm，0.13μm已经走向成熟，在一个芯片上完成的系统级的集成已成为可能。市场对电子产品提出了更高的要求，如必须降低电子系统的成本，减小系统的体积等，从而对系统的集成度不断提出更高的要求。高性能的EDA工具得到长足的发展，其自动化和智能化程度不断提高，为嵌入式系统设计提供了功能强大的开发环境。计算机硬件平台性能大幅度提高，为复杂的SoC设计提供了物理基础。EDA的发展趋势EDA