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EDA技术及其工程应用姓名所在学院电子信息工程学院专业班级学号指导教师日期2011年11月26日目录11前言...............................................................................................................................................22数字系统设计...............................................................................................................................22.1传统的数字系统设计........................................................................................................22.1.1设计流程...............................................................................................................32.1.2传统数字系统设计方法的特点...........................................................................32.2现代数字系统的设计........................................................................................................32.2.1现代数字系统的设计步骤....................................................................................32.1.2设计流程................................................................................................................42.1.3现代数字系统设计的特点....................................................................................43基于从上到下设计思想的EDA技术...........................................................................................44EDA技术的应用发展...................................................................................................................55基于EDA技术的软件设计平台...................................................................................................76.可编程逻辑器件..........................................................................................................................86.1CPLD与FPGA的比较....................................................................................................97主要器件生产厂家和开发工具...................................................................................................98从PLD或FPGA芯片上获得的文字信息...................................................................................1010结束语.......................................................................................................................................13参考文献........................................................................................................................................14EDA技术及其工程应用2摘要：本文通过对数字系统的设计的介绍，结合对基于从上到下的设计方法的EDA技术的介绍，分析集成电路的设计过程与可编程逻辑器件的设计过程。针对EDA设计平台以及对应可编程器件生产公司的介绍，了解当代电子技术与电子系统设计的发展现状与发展趋势，结合某些芯片的介绍，分析CPLD与FPGA命名规则及其现状。关键字：EDA从上到下可编程逻辑器件1前言随着迅速发展起来的可编程逻辑器件CPLD和FPGA的出现，复杂数字系统的设计已由传统的自底向上的设计过程被先进的电子设计自动化一EDA工具所替代。EDA（ElectronicDesignAutomation）是将计算机技术应用于电子设计过程中而形成的一门新技术，在20世纪90年代初从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言HDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。它已经被广泛应用于电子电路的设计和仿真，集成电路的版图设计、印刷电路板（PCB）的设计和可编程器件的编程等各项工作中。2数字系统设计2.1传统的数字系统设计传统的数字系统设计只能对电路板进行设计，通过电路板来实现系统功能。传统的数字系统设计方法是自底向上的，即先由真值表、卡诺图、布尔方程、状态转换表和状态转换图来完成对逻辑电路的功能描述，在系统划分和分解的基础上进行单元电路的设计，然后选定相应的逻辑器件，由器件搭成各个独立的功能模块电路，然后进行子系统的设计，完成系统的总体设计，再由电路板构成电子系统。这样的设计方法就如同一砖一瓦建造金字塔。2.1.1设计流程3图1传统的数字系统设计流程图2.1.2传统数字系统设计方法的特点从底层逻辑库中直接调用逻辑门单元；符合硬件工程师传统的设计习惯；在进行底层设计时缺乏对整个电子系统总体性能的把握；在整个系统完成后，要进行修改较为困难，设计周期较长；按这样的过程设计产品，所用元件的种类和数量较多，一次性成功率低，系统接线多，可靠性差，体积和功耗大，成本也高；随着设计规模与系统复杂度的提高，这种方法的缺点更突出。2.2现代数字系统的设计随着现代大规模和超大规模数字系统的发展，传统的设计方法的缺点突显，加上计算机技术的迅猛发展，使计算机辅助设计技术更好的应用到了数字电路的设计中，利用EDA工具在计算机上完成逻辑设计、建立系统模型、功能仿真和时序仿真，仿真通过后再形成产品。使设计各个步骤之间相互联系越来越紧密、越来越协调。利用计算机这个工具，软硬结合，可以说实现了数字系统设计的革命。2.2.1现代数字系统的设计步骤(1)进行系统分析，确定算法；(2)进行系统划分，根据系统或芯片的特点，将其划分为若干部分，各部分分别承担算法中不同的逻辑操作功能，划分的各部分逻辑功能清楚，接口清晰，相互关系明确，便于电路级的实现；(3)系统逻辑描述，根据各个子系统或模块所确定的逻辑功能，采用规范的形式描述逻辑功能；(4)逻辑电路级设计，选择合理的器件和连接关系以实现系统逻辑要求，电路级设计的结设计目标系统划分单元电路的设计人工使用LSI电路实现系统调试与验证4果常采用2种方式来表达：电路图方式和硬件描述语言方式，EDA软件允许这2种方式；(5)数字电路的设计采用EDA软件来仿真，当仿真结果正确后再用器件实现数字系统；(6)测试系统性能是否符合设计要求。2.1.2设计流程图2现代数字系统设计流程2.1.3现代数字系统设计的特点结合模拟手段，可以从开始就掌握实现目标系统的性能状况；随着设计层次向下进行，系统的性能参数将进一步得到细化与确认；可以根据需要及时调整相关的参数，从而保证了设计结果的正确性，缩短了设计周期；当规模越大时，这种方法的优越性越明显；须依赖EDA设计工具的支持及昂贵的基础投入；逻辑总合及以后的设计过程的实现，均需要精确的工艺库的支持。3基于从上到下设计思想的EDA技术自顶向下（Top—to—Down）的设计方法是把系统初始功能定义的高级抽象分解成具体的低级子功能模块，这种分解过程一直持续到设计变成由一组可以用简单电路实现的功能模块组成为止，这样一来，系统就从高层次的抽象功能模块变成了独立的易于实现的低层次功能模块，在所有功能模块都确定下来后，就可以用HDL语言描述具体电路模块，并进行仿真测试，实现每个功能块，然后把这些设计好的功能独立相对完整的功能块连接起来，完成整个设计。概念设计系统设计和描述系统划分子系统功能描述系统验证功能验证综合设计者逻辑验证芯片逻辑描述5在电子设计领域，自顶向下的层次化设计方法，只有在EDA技术得到快速发展和成熟应用的今天才成为可能，自顶向下的层次化设计方法的有效应用必须基于功能强大的EDA工具，具备集系统描述、行为描述和结构描述功能为一体的硬件描述语言HDL，以及先进的ASIC制造工艺和CPLD／FPGA开发技术。EDA技术是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，通过有关的开发软件，自动完成用软件的方法设计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、逻辑布局布线、逻辑仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑影射、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技术。EDA技术伴随着计算机、集成电路、电子系统设计的发展，经历了三个发展阶段，即：20世纪70年代发展起来的CAD技术；20世纪80年代开始应用的CAE技术；20世纪90年代后期，出现的以硬件描述语言、系统级仿真和综合技术为特征的EDA技术，这时的EDA工具不仅具有电子系统设计的能力，而且能提供独立于工艺和厂家的系统级设计能力，具有高级抽象的设计构思手段。EDA技术涉及面广，内容丰富，主要有以下四个方面内容：(1)大规模可编程逻辑器件；(2)硬件描述语言；(3)软件开发工具；(4)实验开发系统。其中，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；硬件描述语言是利用EDA技术进行电子系统设计的主要表达手段；软件开发工具是利用EDA技术进行电子系统设计的智能化、自动化设计工具；实验开发系统是利用EDA技术进行电子系统设计的下载工具及硬件验证工具。EDA技术主要是指面向专用集成电路设计的计算机技术，与传统的专用集成电路设计技术相比，其特点有：①设计全程，包括电路系统描述、硬件设计、仿真测试、综合、调试、软件设计，直至硬件系统都由计算机完成；②设计技术直接面向用户，即专用集成电路的被动