可编程逻辑器件1

无忧PPT整理发布1.1EDA技术的涵义1.2EDA技术的发展历史1.3EDA技术的基本特征1.4EDA技术的主要内容1.5EDA技术的设计流程1.6EDA技术的发展趋势无忧PPT整理发布随着电子技术的飞速发展，现代电子产品渗透到了社会的各个领域，并有力地推动着社会生产力的发展和社会信息化程度的提高。现代电子产品在性能提高、复杂度增大的同时，价格却一直呈下降趋势，而且产品更新换代的步伐也越来越快，实现这种进步的主要原因就是生产制造技术和电子设计技术的发展。前者以细微加工技术为代表，目前已进展到深亚微米阶段，可以在几平方厘米的芯片上集成数千万个晶体管；后者的核心就是EDA技术。无忧PPT整理发布一、EDA技术的涵义EDA（ElectronicDesignAutomation）即电子设计自动化是指利用计算机完成电子系统的设计。二、EDA技术的分类EDA技术分：广义的EDA技术狭义的EDA技术无忧PPT整理发布广义的EDA技术是指以计算机和微电子技术为先导，汇集了计算机图形学、数据库管理、图论和拓扑逻辑、编译原理、微电子工艺与结构学和计算数学等多种计算机应用学科最新成果的先进技术。无忧PPT整理发布狭义的EDA技术是指以大规模可编程逻辑器件为载体，以硬件描述语言HDL为系统逻辑的主要表达方式，借助功能强大的计算机，在EDA工具软件平台上，对用HDL描述完成的设计文件，自动完成用软件方式设计的电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑简化、逻辑分割、逻辑综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真，直至对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ASIC（ApplicationSpecificIntegratedCircuits）的一门新技术。本书中提到的EDA技术指的是狭义的EDA技术。无忧PPT整理发布EDA技术伴随着计算机、集成电路、电子系统设计的发展，大致经历了计算机辅助设计、计算机辅助工程设计和电子设计自动化三个发展阶段。无忧PPT整理发布•1.计算机辅助设计CAD阶段计算机辅助设计主要是指将原先由手工操作完成的IC版图编辑和印制电路板（PCB,PrintedCircuitBoard）布局布线等方面的工作借助相应的软件工具由计算机辅助完成。无忧PPT整理发布•CAD阶段缺点：•一是设计速度低由于各个软件工具只解决一个领域的问题，且是由不同的公司开发的，若将一个软件工具的输出作为另一个软件工具的输入，必须进行繁琐的人工处理，降低了设计速度。•二是修改困难由于CAD阶段的软件工具缺乏系统级的设计考虑，无法提供系统级的仿真和综合，错误往往都是在设计开发的后期才被发现，这使得修改起来十分困难。无忧PPT整理发布2.计算机辅助工程设计CAE阶段与CAD相比，CAE除了具有图形绘制功能外，增添了通过电气连接网络表将电路功能设计和结构设计相结合以实现工程设计的功能。CAE阶段的软件工具已经可以进行设计描述、综合与优化和设计结果验证，这不仅为成功设计电子系统创造了有利条件，而且还为设计者的创造性劳动提供了方便。无忧PPT整理发布但是，CAD和CAE阶段取得的成果，并没有真正把设计者从繁重的设计工作中彻底解放出来。在整个设计过程中，自动化和智能化程度还不高，再加上各种设计软件工具界面千差万别，学习使用困难，并且互不兼容，直接影响到设计环节的衔接。由于上述原因，设计者开始追求整个设计的自动化。无忧PPT整理发布3.电子设计自动化EDA阶段EDA阶段软件工具的主要特征是自动化程度大大提高。设计者只需要在前期进行较少的设置便可以完全由计算机完成整个设计，这不仅极大地提高了系统的设计效率，而且使设计人员摆脱了大量的辅助性及基础性工作，将精力集中于创造性的方案与概念的构思上。EDA阶段系统设计主要以并行设计工程的方式和系统级目标设计方法为支持，其核心是可编程逻辑器件的设计。可编程逻辑器件本身的可重复编写特性使电子设计的灵活性和效率大大提高。无忧PPT整理发布EDA技术的基本特征主要包括：1.EDA技术采用自顶向下的设计方法2.EDA技术的设计语言是硬件描述语言3.EDA技术具有逻辑综合和优化的功能4.EDA技术采用开放性和标准化的软件框架无忧PPT整理发布1.EDA技术采用自顶向下的设计方法自顶向下的设计方法是EDA技术的首选设计方法，它利用功能分割手段将设计由上至下进行层次化和模块化，即分层次、分模块地对电子系统进行设计和仿真。功能分割采用逐级分割的方式，首先将系统分割成各个功能子模块，然后再将各个功能子模块分解为逻辑块，而逻辑块又可以分割为更小的逻辑块和电路。按照这样的分割方式，设计者可以将一个复杂的电子系统逐步细化，并将功能模块化。提高设计的一次成功率。无忧PPT整理发布方案论证与系统级构建独立于硬件的系统行为评估和设计。系统仿真：包括系统级的硬件设计与仿真，软件设计与仿真将硬件系统设计文件转换成可综合（RTL）硬件描述语言（HDL）。进行功能仿真将硬件描述语言转换成标准网表文件，如EDIF、VHDL、Verilog等软件设计与调试。SOFTWAREDEBUGERRING通过结构综合或适配（芯片内的布线布局），将标准网表文件转换成芯片下载文件。进行时序仿真系统设计完成现代电子系统设计流程自顶向下的设计流程方案论证，与算法确定根据方案和系统指标选购硬件，并设计电路板，即硬件系统实际软件设计与调试。SOFTWEARDEBUGERRING硬件系统测试与调试系统设计完成，或系统中的某一模块实际完成传统电子系统设计流程自底向上的设计流程图1-1EDA设计流程与传统技术设计流程比较硬件系统实现。硬件系统测试与调试HARDWAREDEBUGERRING无忧PPT整理发布2.EDA技术的设计语言是硬件描述语言硬件描述语言（HDL,HardwareDescriptionLanguage）是对硬件电路进行行为描述、寄存器传输描述或结构化描述的一种新兴语言，它比传统的电路原理图更能有效地表示硬件电路特性，并可借鉴高级程序语言设计的具体方法对硬件电路的行为和功能结构进行高度抽象化的描述。硬件描述语言还可以对硬件电路的设计进行不同层次、不同领域的模拟验证和综合优化等处理，从而实现硬件电路设计的高度自动化。采用硬件描述语言可以大大降低成本，缩短研制周期，既适应于小批量产品开发，也适用于大批量产品的样品研制。无忧PPT整理发布3.EDA技术具有逻辑综合和优化的功能逻辑综合功能是指将较高层次的抽象描述转化到较低级别抽象的一种方法，即将设计的描述转化成底层电路表示。通常，逻辑综合的结果是电路网表或者是一组逻辑方程。优化功能是指根据布尔方程功能等效的原则，利用逻辑综合生成的结果，采用更小更快的综合结果代替一些复杂的单元，然后根据制定的目标可以映射成新的网表或者一组逻辑方程。优化的作用是将电路设计的时延缩短到最小和有效利用资源。无忧PPT整理发布4.EDA技术采用开放性和标准化的软件框架软件框架是指一种软件平台结构，它的主要功能是为EDA工具提供相应的操作环境。框架的关键在于提供与硬件平台无关的图形用户界面、工具之间的通信、设计数据和设计流程的管理，此外，框架还包括各种与数据库相关的服务。EDA技术只有采用开放性和标准化的软件框架，才能保证不同EDA工具的兼容性，从而实现资源共享。无忧PPT整理发布EDA技术主要这几方面的内容：1．可编程逻辑器件2．硬件描述语言3．软件开发工具无忧PPT整理发布可编程逻辑器件是一种由用户编程以实现某种逻辑功能的新型件。可编程逻辑器件也称为可编ASIC，它是EDA技术的物质基础。这里的可编程逻辑器件主要是指高密度可编程逻辑器件，即复杂可编程逻辑器件(CPLD)和现场可编程门阵列(FPGA)。可编程逻辑器件无忧PPT整理发布HDL语言是EDA技术的重要组成部分，它是一种用于描述硬件电子系统的计算机语言，它用软件编程的方式来描述电子系统的逻辑功能、电路结构和连接形式。与传统的门级描述方式相比，硬件描述语言的特点是可以借鉴高级程序语言的设计方法，从而可以对硬件电路的行为和功能结构进行高度抽象化的描述，因而它更适合大规模系统的设计。硬件描述语言HDL无忧PPT整理发布1VHDL由美国国防部制定。1987年12月，VHDL被正式接受为国际标准。2VerilogHDLVerilogHDL是在1983年，由GDA(GateWayDesignAutomation)公司的PhilMoorby首创。3SuperlogSuperlog结合了高级语言C、C++甚至Java等语言的特点，并进行了扩展。Verilog语言的首创者PhilMoorby和PeterFlake等硬件描述语言专家，在一家叫Co-DesignAutomation公司进行合作，对Verilog进行扩展研究的成果。4SystemC为了满足当今集成电路设计的方向，集成电路设计满足组SoC的设计要求，由Synopsys公司和CoWare公司针对目前各方对系统级设计语言的需求而合作开发的。无忧PPT整理发布EDA软件开发工具是EDA技术的强有力支持。EDA软件开发工具是指以工作站或者高档计算机为基本工作平台，利用计算机图形学、拓扑逻辑学、计算数学和人工智能等多种应用学科的最新成果而开发出来的一套软件工具，它是一种帮助设计工程师进行电子系统设计的辅助工具。软件开发工具无忧PPT整理发布一般的EDA软件开发工具包括：编辑器、仿真工具、检查/分析工具、优化/综合工具和布局布线工具等。•编辑器的主要功能是用来对设计输入进行图形或文本等方面的编辑操作，它通常包括图形编辑器和文本编辑器。图形编辑器用来编辑表示器件的几何图形、电子系统的框图以及原理图等。文本编辑器在系统级上用来编辑电子系统的自然描述语言，在其他层次上主要用来编辑电路的硬件描述文本。•仿真器是用来设计仿真操作的一种工具，它是用来评价EDA工具的一项重要指标，其功能是用来验证设计的正确性和准确度。仿真是EDA技术中的一项非常重要的技术，采用仿真可以在开发设计的早期阶段发现设计中的错误，这样便可以大大减少设计重复和修改的次数及时间，从而提高了设计者的工作效率。无忧PPT整理发布•优化/综合工具是用来完成优化功能和逻辑综合功能的一种开发工具。其中，优化功能是指根据布尔方程功能等效的原则，采用不同的优化方法来对设计进行优化操作，从而提高设计系统的性能和占用较少资源；逻辑综合功能是将抽象描述转化成电路网表或者是一组逻辑方程的形式，目的是方便设计系统的具体实现。•检查/分析工具是用来对设计者的具体设计进行编译、检查和分析，目的是发现设计中的错误和对可能的结果进行分析。通过分析检查/分析工具产生的各种报表文件，设计者可以对设计系统中的错误、系统性能以及相应的各种时序关系等有一个清楚地认识，从而能及时发现设计中的错误和检查系统性能能否满足设计的需求。无忧PPT整理发布•布局布线工具实现由逻辑设计到物理实现的映射。最终物理实现对应的器件不同，则各自的布局布线工具也会有较大差异。EDA软件工具开发厂商大体可分两类：一类是EDA专业软件公司，较著名的有MentorGraphics、CadenceDesignSystems、Synopsys和ViewlogicSystems等；另一类是半导体器件厂商，为了销售他们的产品而开发EDA工具，较著名的公司有Altera、Xilinx和Lattice等。EDA专业软件公司独立于半导体器件厂商，推出的EDA系统具有较好的标准化和兼容性，也比较注意追求技术上的先进性，适合于搞学术性基础研究的单位使用。而半导体厂商开发的EDA工具，能针对自己器件的工艺特点作出优化设计，提高资源利用率，降低功耗，改善性能，比较适合于产品开发单位使用。在EDA技术发展策略上，EDA专业软件公司面向应用，提供IP模块和相应的设计服务；而半导体厂商则采取三位一体的战略，注重器件生产、设计服务和IP模块的提供。无忧PPT整理发布设计流程的基本作用：•设计流程是规范设计活动的准则，它使得设计活动在各个阶段有了交流、比较的可能；•设计流程规定