电子系统设计基础1介绍

电子系统设计基础梁晓雯信息与计算机实验教学中心2016.2课程教材《电子系统设计基础》梁晓雯李玉虎许瑛编著中国科学技术大学出版社,2008参考书1.池保勇编著，模拟集成电路与系统，清华大学出版社，20092.郭齐胜等编著，系统建模原理与方法，国防科技大学出版社，20033.徐宝云，王文瑞编著，计算机建模与仿真技术，北京理工大学出版社，20094.潘松，陈龙，黄继业编著，EDA技术与VHDL（第4版），清华大学出版社，2013课时、成绩考核课时：40（课堂）/40（实验），3学分必修课成绩考核：平时成绩（10%）+闭卷考试（50%）+实验（40%）实验包括：实验操作成绩、实验报告成绩先进电子系统实验室：西区电四楼202室课程内容介绍现代大规模复杂的电子系统的设计方法和硬件实现等；主要特征是包含超大规模集成电路芯片（VLSI：VeryLargeScaleIntegration）（IC：IntegratedCircuit）；偏重于硬件电路设计；课程教学目标该课程可以使学生了解电子系统设计的基本原理和方法，树立系统早期建模和仿真的思想，掌握系统实现的主要技术，如ASIC设计、可编程逻辑器件设计和DSP设计等。通过该课程的学习，学生可以具备现代电子系统设计的基础知识和一定的设计应用能力。课堂讲授内容现代电子系统设计的概念和方法（约3周）VHDL语言（约3周）数字信号处理器（DSP）（约3周）实验课内容可编程逻辑器件设计、VHDL编程实验6次；数字信号处理器实验4次；第1章绪论电子系统通常是指由若干相互连接、相互作用的基本电路组成的具有特定功能的整体电路。电子系统的基本电路是由电子元器件组成的，电子元器件是元件和器件的总称。电子系统的实现是以电子元器件、基本电路为基础的，因此不同阶段，电子系统呈现出不同的特征。电子管、晶体管、集成电路集成化的电子系统是现代大规模复杂系统的发展趋势。产生新的系统设计方法：EDA技术（ElectronicDesignAutomation）第一台计算机ENIAC，1946IBM-PC1981晶体管中小规模集成电路目前的电子系统超大规模集成电路天河一号A、天河二号超级计算机天河一号A（2010年）天河二号（2013年）1.1电子系统设计的内容以微机为例电子系统的设计主要体现在：系统模型：描述系统功能和性能的数学模型和算法模型，使用相应的设计软件。集成电路芯片：将控制、运算和数据处理等功能集成在半导体芯片上。PCB板：连接各种芯片和元、器件，并使整个系统的硬件实现满足电磁兼容的要求。国内现状信息产业的基础是集成电路产业（IC:IntegratedCircuits产业）；我国出台了相关的政策，设立重大专项，支持具有自主知识产权的芯片设计；集成电路设计面临一些问题：•高投入搭建“平台”•培养设计人才1.2电子系统设计的方法1.2.1传统的电子系统设计方法采用自下而上（BottomUp）的设计过程;采用通用的电子元、器件;在系统硬件电路设计完成后才能进行调试;主要设计文件是电路原理图。（1）自下而上（BottomUp）的设计过程根据系统要求，编写技术规格书；系统进行细化，划分功能模块；各功能模块的电路设计和调试；系统硬件电路的设计和调试；修改并完成整个系统的硬件设计。系统总体目标及技术指标购买元、器件制作PCB板并焊接各模块调试子系统调试系统调试系统完成N各模块具体电路设计有问题否？有问题否？有问题否？NNYYY（2）采用通用的元、器件设计者根据需要，到市场上购买通用的元、器件来构建自己的系统，然后进行焊接、调试等工作。（3）在系统硬件电路设计完成后才能进行调试调试工作必须在硬件电路搭建完成后才能进行。如果设计中有问题，则设计要重新进行，会耗费大量的人力物力，增加设计时间。系统总体目标及技术指标购买元、器件制作PCB板并焊接各模块调试子系统调试系统调试系统完成N各模块具体电路设计有问题否？有问题否？有问题否？NNYYY（4）主要设计文件是电路原理图对于复杂的电子系统，会产生大量的电路原理图，归档、阅读、修改和使用都不方便。1.2.2EDA技术的发展第一代，二十世纪七十年代，版图的设计和印刷板（PCB）的布局布线；设计方法依然是自下而上；代表厂商：Applicon,Calma和ComputerVisionPCB布局布线（layout）版图实例第二代，八十年代初，门级电路的设计层次，功能包括逻辑图设计输入、仿真、自动布局布线和验证，版图将由工具自动生成；是真正的EDA工具，设计效率提高10倍；代表：Daisy,Mentor,Valid,Cadence第三代，八十年代末，基于硬件描述语言（HDL：HardwareDescriptionLanguage）、仿真和综合设计。设计能力又提升10倍；第四代，九十年代中期，系统行为级的设计，如采用SystemC方法进行复杂系统的设计。1.2.3EDA设计技术EDA技术是以电子系统设计为应用方向的电子产品自动化设计过程，包括：以计算机为工作平台，以EDA软件工具为开发环境，以硬件描述语言为设计语言，以可编程器件（FPGA等）为实验载体，以ASIC、SOC芯片为目标器件，以PCB为连接架构。EDA技术自上而下的设计流程HDL：HardwareDescriptionLanguage硬件描述语言ASIC:ApplicationSpecialIntegratedCircuit专用集成电路PLD:ProgrammableLogicDevice可编程逻辑器件系统总体目标HDL编程（数电）应用软件系统性能/算法分析DSP实现PLD实现ASIC实现系统硬件系统软件DSP编程算法（Algorithm）结构（Architecture）实现（Implementation）PCB设计架构建立和分析（模电）EDA技术自上而下的设计流程自上而下（TopDown）的系统设计方法，就是从系统总体要求出发，从上层至下层逐步地将设计内容细化，然后完成系统硬件的整体设计。1.3EDA技术的优势降低了系统硬件电路的设计难度；采用系统设计早期的仿真技术；HDL语言是强有力的设计工具；自行设计ASIC芯片；主要文件是HDL源程序。1.4主要的EDA软件供应商Cadence公司SystemLevelASICICCustomICPCBSynopsys公司合并Avant!公司逻辑综合工具最强MentorGraphics公司优势在FPGA人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。