2[AltiumDesignerFPGA设计指导]AltiumDesigner基于FPGA系统设计功

1AltiumDesignerFPGA系统设计培训AltiumDesignerFPGASystemDesignTrainingAltiumDesigner—跨平台FPGA设计解决方案Editor:DrogyHuaDate:Jun30,20052PCB与FPGA设计的系统集成AltiumDesigner将传统的PCB设计与数字逻辑电路设计及基于FPGA的嵌入式软件设计集成起来，突破了传统板级设计的界限；从而使系统电路设计、验证及CAM输出功能结合在一起。PCB与FPGA引脚的双向同步功能，充分诠释了Altium公司为主流设计人员提供易学、易用的EDA设计工具的一贯理念。同时，基于FPGA的片上可编程系统设计（SOPC）功能的引入，更加弱化了软硬设计的差异，为传统的电子设计拓宽了应用领域。3AltiumDesigner之数字逻辑设计系统控制功能数字逻辑电路设计FPGA设计仿真虚拟仪器4系统控制功能设计流程的图形化通过系统界面自动调用FPGA厂商提供的工具进行布局及布线设计环境中的集中过程监控提供及时的反馈从而实现交互式设计方法Altium称这种交互式设计方法为“LiveDesign”5文件和项目管理综合，布局及布线,下载的过程控制物理或‘硬’设备链逻辑或‘软’设备链Nexus元件层次FPGA系统控制界面6系统控制功能提供综合及器件编程控制提供物理硬件访问及边界扫描(boundaryscan)多个Nanoboard开发板可被连接在一起JTAG或称‘硬’链7系统控制功能JTAG‘硬’链使你可与Nanoboards开发板上物理设备互动JTAG或称‘硬’链8系统控制功能支持Nexus协议的虚拟仪器与PC间通讯虚拟仪器Nexus或称‘软’链9系统控制功能Protel2004虚拟仪器:–逻辑分析仪•内存容量从1K到几MB–频率发生器–频率计数器–IO模块•单座,双座,四座10系统控制功能Nexus链路元件层次11系统控制功能系统级硬件调试过程1.用虚拟仪器及边界扫描进行测试2.更新并重新综合3.下载到Nanoboard进行下一轮测试NanoBoard‘软’Nexus链‘硬’JTAG链FPGA布局&布线交互式硬件调试虚拟仪器（Virtualinstrumentation）边界扫描（BoundaryScan）硬件描述源文件[原理图&VHDL]系统综合系统下载12AltiumDesigner之数字逻辑设计系统控制功能数字逻辑电路设计FPGA设计仿真虚拟仪器13数字逻辑电路设计AltiumDesignerProtel2004集成一个高效、通用的跨平台可编程数字逻辑器件开发工具，为数字逻辑器件设计提供了许多方便快捷的设计手段；AltiumDesignerProtel2004支持原理图(Schematic)及硬件描述语言（包括：VHDL和VerilogHDL）的设计输入模式；AltiumDesignerProtel2004提供对设计的功能性仿真、系统仿真、时序分析及实时验证等功能；AltiumDesignerProtel2004为用户系统设计提供丰富的跨器件平台的预综合及验证的IP内核，支持用户创建通用的IP内核；AltiumDesignerProtel2004为用户提供自动测试平台生成器；AltiumDesignerProtel2004支持对可编程数字逻辑器件引脚约束定义的导入，包括Altera、Xilinx、Actel等器件原厂商开发工具下的引脚定义文件;14数字逻辑电路设计FPGA设计中所用的IP元件15数字逻辑电路设计对目标FPGA进行综合EDIF元件详述1.由VHDL上产生图表符(SheetSymbol)2.创建预先合成元件创建IP元件两种方法:只要系统综合一次，VHDL就综合一次整个系统综合期间，EDIF元件被用作暗箱16数字逻辑电路设计之IPCore创建预先合成的IP内核器件由于芯片设计的复杂性和生产面市时间对于保证终端市场的成功率至关重要。设计师不断寻求缩短设计周期的方法。以及更有效的设计方式。随着我们步入系统级芯片时代，利用IP内核和可编程逻辑进行设计复用显得日趋重要。IP资源复用（IPReuse）是指在集成电路设计过程中，通过继承、共享或购买所需的如知识产权内核，然后再利用EDA工具进行设计、综合和验证。从而加速流片设计过程，降低开发风险。IPReuse已逐渐成为现代集成电路设计的重要手段，在日新月异的各种应用需求面前，超大规模集成电路设计时代正步入一个IP整合的时代。IPReuse不仅仅应用于专用集成电路设计，对基于FPGA的嵌入式系统设计领域而言，更是具有举足轻重的地位。AltiumDesigner为广大的工程师提供了一个设计IPCore的平台，可以采用原理图和HDL语言相结合的方式进行设计的捕获，并且根据不同的配置对同一个IPCore进行综合，以生成针对不同FPGA的IPCore。17数字逻辑电路设计之IPCore关于EDIFEDIF就是英文ElectronicDesignInterchangeFormat的简写，即电子设计交换格式。作为原始的在电子设计工具间传递集成电路设计信息的标准数据格式。最新的EDIF版本为1996年ANSI/EIA682-1996，即4.0版本；更多信息请参考官方网站布局/布线工具中。通过产生EDIF文件，从而与标准化相一致。ANSI/EIA：美国国家标准化组织/电子工业联合会18数字逻辑电路设计之IPCore通过实例创建一个新的IPCore选择菜单File-New-Project-CoreProject命令，创建新的内核工程，并保存工程为KeyPadScanner.PrjCor。创建或者添加用于完成IPCore所需要的原理图，右键点击该工程，选择AddExistingtoProject，选择在安装目录下\Examples\FPGAProcessors\I2CDACandADCTSK165\KeyPadScanner.SchDoc，此时该原理图文档被添加到工程中，并保存。用户也可以根据自己的需要，修改原理图或者添加HDL描述文件。19数字逻辑电路设计之IPCore设置工程选项，选择菜单Project-ProjectOption，单击Options选项，选中CoreProjectOptions下的两个复选框。创建IPCore时所产生的EDIF文件将以ZIP文件的形式保存，因此需要创建一个文件夹来保存这些EDIF网表，针对任何设计进行综合时，系统会从此文件夹搜索相应的EDIF网表，此文件夹可创建在硬盘的任何地方，本例中取名为EDIF。20数字逻辑电路设计之IPCore选择菜单Tools-FPGAPreferences，选中FPGA下的Synthesis，然后在窗口右侧UserPresynthesizedmodelfolder下指定相应的文件夹。21数字逻辑电路设计之IPCore创建配置及约束文件，该步骤可以使您的IPCore适应不同的目标器件，一个约束文件将会对应一个目标FPGA器件，本例中将会创建两个配置，所以此IPCore将用于两种不同的目标FPGA器件。用右键点击工程，在弹出菜单中选择AddNewtoProjectConstraint，新的约束文件将会被打开，名为*.constraint。在Constraint编辑环境下，选择菜单Design-Add-ModifyPartConstraint，将会弹出物理器件的对话框，接下来选择XilinxSpartanIIE型号的芯片。另存文件名为SpartanIIECore.Constraint22数字逻辑电路设计之IPCore在工程栏中，打开原理图文件，返回到原理图编辑环境下，选择菜单Design-SynthesizeallConfigurations，系统会自动产生中的VHDL文件和用于布局布线的EDIF网表文件，以及综合后的日志文件，所有这些文件都会显示在Generated（配置文件）文件夹里；如果系统信息中报错，则需要返回原理图编辑环境下，修改错误后重新综合。23数字逻辑电路设计之IPCore选择菜单Design-Publish，系统会将本IPCore工程的ProjectOutputs文件夹中的所有EDIF文件打包，并把它们拷贝到用户先前指定的EDIF网表文件夹中。在接下来创建用于原理图设计的图表符时，此符号将与前面所产生的EDIF文件建立链接关系，选择菜单Design-GenerateSymbol，在弹出的对话框内，用户设定相应的器件参数。24数字逻辑电路设计之IPCore当成功的创建了一个内核工程后，该项目将可以直接应用在其他的项目设计中。这将简化项目设计的复杂度。然后，还可以通过器件的属性栏中，编辑器件的引脚信息。25AltiumDesigner之数字逻辑设计系统控制功能数字逻辑电路设计FPGA设计仿真虚拟仪器26FPGA设计仿真AltiumDesigner支持VHDL设计的行为仿真，该功能将用于FPGA中数字电路的前期功能验证。在仿真前，需要建立一个VHDLTestbench（即VHDL测试平台）文件。如下图：27AltiumDesigner之数字逻辑设计系统控制功能数字逻辑电路设计FPGA设计仿真虚拟仪器28虚拟仪器虚拟仪器AltiumDesigner系统中包含了一个虚拟仪器主机，利用‘Nexus’通讯协议使在大规模可编程逻辑器件内的电路设计更加透明，从而实现快速错误诊断。在AltiumDesigner中的FPGAInstruments集成库中包含了频率发生器、频率计数器、逻辑分析仪和IO模块四类虚拟仪器。一旦将这些虚拟仪器同目标设计集成在一起，在DevicesView窗口中就可以实现实时、交互的调试。29虚拟仪器频率生成器频率生成器将输出一个用户定义频率的且占空比为50%的周期性方波。利用面板上的频率按钮或OtherFrequency按钮，可以设定输出频率；如果无法产生指定的频率，面板中将显示错误信息。30虚拟仪器频率计数器频率计数器支持采用三种不同模式（频率值、周期值和脉冲计数）双路输入计数器。31虚拟仪器逻辑分析仪逻辑分析仪可以帮助用户从设计的多个节点上快速采集信号数据，最多可支持对64路信号同时采集。AltiumDesigner系统的逻辑分析仪分为带内部存储单元和利用外部存储器两中类型。利用外部存储器的逻辑分析仪器最大可采集的数据量取决于FPGA存取区的资源或NanoBoard验证平台上集成的存储器的容量。选择逻辑分析仪工作面板上Digital或Analog按钮，可以输出显示数字或模拟波形。32虚拟仪器IO模块数字IO模块是一款用于监测和使能电路信号的通用工具，可以支持8位或16位信号的输入/输出。利用面板上的模拟LED显示，就可以直观的获取信号线上电平的状态。33结束谢谢大家！！！@altium.com.cn34Altium2005NextStepAltium为设计电子产品和设备的公司提供协同化、集成化、先进的、易用的电子产品开发方案。区别于Mentor、Zuken、Candence，Altium更关注于提供主流设计解决方案。因此，我们的解决方案总能以比较低的花费获取我们最好的产品技术和性能。35AppendixB–OverviewofJTAGBoundary-Scanstandarddeveloped&proposedbyJointTestActionGroup(JTAG)IEEE1149.1-2001,StandardTestAccessPortandBoundary-ScanArchitectureDefines:–CircuitrytoimplementintheIC–Standardinterf