第1章--绪论

第1章绪论物信学院1课程信息课程编码：EJX104207中文名称：EDA技术英文名称：EDATechnology适用专业：通信工程课程性质：专业选修学时：理论+实践51学分：3第1章绪论物信学院2课程资源使用教材：谭会生.EDA技术及应用（第四版）.西安:西安电子科技大学出版社.2016教学参考书：吴延海.EDA技术及应用.西安:西安电子科技大学出版社.2012刘爱荣.EDA技术与CPLD/FPGA开发应用简明教程.北京:清华大学出版社.2007实验条件：EDA实验室机房、EDA开发软件、EDA开发板、EDA技术资源。第1章绪论物信学院3网络资源21IC中国电子网电子工程师网站中国EDA技术网技术专门网官网官网首页-电子工程师电子工程电子网第1章绪论物信学院4课程考核与评价作业要求平时作业包括课上习题、编程小作业、设计作业、设计课题大作业等。学习效果评价（平时及期末考试方式）课程成绩100分，平时成绩50%+期末操作考试50%平时成绩包括上课及各类活动考勤及表现10分、平时作业40分期末考试采用机房操作考试形式第1章绪论物信学院5第1章绪论为了对EDA技术的基本概念、基础知识和设计流程等内容有个全面的大概了解，以便后续的学习，本章概括地阐述了EDA技术的涵义，EDA技术的发展历程，EDA工具的发展，EDA技术的主要内容，EDA的工程设计流程，数字系统的设计，EDA技术的应用展望,并对EDA技术研究性教学进行了探讨。第1章绪论物信学院6目录1.1EDA技术的涵义1.2EDA技术的发展历程1.3EDA技术的主要内容1.4EDA工具的发展趋势1.5EDA的工程设计流程1.6数字系统的设计1.7EDA技术的应用展望1.8EDA技术研究性学习探讨第1章绪论物信学院71.1EDA技术的涵义1EDA技术的涵义狭义的EDA技术，就是指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，自动完成将用软件的方式设计的电子系统到硬件系统的转换，直至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新技术。广义的EDA技术（现代电子设计技术），除了狭义的EDA技术外，还包括计算机辅助分析CAA技术（如PSPICE，EWB，MATLAB等），印刷电路板计算机辅助设计PCB-CAD技术（如PROTEL，ORCAD等）。第1章绪论物信学院82EDA技术设计电子系统的特点①用软件的方式设计硬件；②软件系统到硬件系统的转换是由开发软件自动完成的；③设计过程中可用有关软件进行各种仿真；④系统可现场编程，在线升级；⑤整个系统可集成在一个芯片上，体积小、功耗低、可靠性高。⑥从以前的“组合设计”转向真正的“自由设计”；⑦设计的移植性好，效率高；⑧非常适合分工设计，团体协作。因此，EDA技术是现代电子设计的发展趋势。第1章绪论物信学院91.2EDA技术的发展历程电子产品设计的主观要求：（1）提高产品性能、缩小产品体积、降低产品消耗；（2）提高电子设计自动化程度，缩短开发周期，提高产品的竞争力。电子产品设计的客观条件：（1）VLSI的快速发展，出现了CPLD/FPGA；（2）计算机技术的发展。由于电子产品设计的主观要求的不断提高和电子产品设计的客观条件的不断发展，产生了EDA（ElectronicDesignAutomation）技术。EDA技术经历了计算机辅助设计(ComputerAssistDesign，简称CAD)、计算机辅助工程设计(ComputerAssistEngineeringDesign，简称CAE)和电子设计自动化(ElectronicDesignAutomation，简称EDA)三个发展阶段。第1章绪论物信学院101.20世纪70年代的计算机辅助设计CAD阶段人们开始将产品设计过程中高度重复性的繁杂劳动，如布图布线工作，用二维图形编辑与分析的CAD工具替代，最具代表性的产品就是美国ACCEL公司开发的Tango布线软件。2.20世纪80年代的计算机辅助工程设计CAE阶段20世纪80年代初，推出的EDA工具则以逻辑模拟、定时分析、故障仿真、自动布局和布线为核心，重点解决电路设计没有完成之前的功能检测等问题。80年代后期，EDA工具已经可以进行设计描述、综合与优化和设计结果验证等工作。3.20世纪90年代电子系统设计自动化EDA阶段20世纪90年代，设计师逐步从使用硬件转向设计硬件，从单个电子产品开发转向系统级电子产品开发(即SOC)。第1章绪论物信学院111.3EDA技术的主要内容从教学和实用的角度看，学习EDA技术主要应掌握如下四个方面的内容：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的自动化设计工具，实验开发系统则是利用EDA技术进行电子系统设计的下载工具及硬件验证工具。第1章绪论物信学院121.3.1大规模可编程逻辑器件（1）可编程逻辑器件(简称PLD)是一种由用户编程以实现某种逻辑功能的新型逻辑器件。（2）FPGA(FieldProgrammableGateArray)——现场可编程门阵列，CPLD(ComplexProgrammableLogicDevices)——复杂可编程逻辑器件。（3）国际上生产FPGA/CPLD的主流公司，并且在国内占有市场份额较大的主要是Xilinx，Altera，Lattice三家公司。（4）典型CPLD产品：Lattice公司ispMACH4A5，ispMACH4000，ispXPLD5000等系列；Altera公司MAX3000A，MAX7000等系列；Xilinx公司CoolRunner-Ⅱ，CoolRunnerXPLA3，XC9500/XL/XV等系列。第1章绪论物信学院13典型FPGA产品：Lattice公司有MachXO，ispXPGA，EC/ECP，ECP2/M(含S系列)，ECP3，SC/SCM，XP/XP2，FPSC等系列；Altera公司有MAXⅡ,Cyclone,CycloneⅡ,CycloneⅢ，ArriaGX,ArriaⅡGX,STRATIX,STRATIXⅡ,STRATIXⅢ，STRATIXⅣ,FLEX10K,FLEX8000,APEX20K,APEXⅡ,ACEX1K等系列；Xilinx公司有XC3000，XC4000，XC5200，SpartanⅡ,SpartanⅡE，Spartan-3，Spartan-3A，Spartan-3E，Spartan-3L，Spartan-6，Virtex，Virtex-E，Virtex-Ⅱ，Virtex-4，Virtex-5，Virtex-6等。（5）FPGA在结构上主要分为三个部分，即可编程逻辑单元，可编程输入/输出单元和可编程连线三个部分。CPLD在结构上主要包括三个部分，即可编程逻辑宏单元，可编程输入/输出单元和可编程内部连线。第1章绪论物信学院14（6）高集成度、高速度和高可靠性是FPGA/CPLD最明显的特点。结合其并行工作方式，在超高速应用领域和实时测控方面有着非常广阔的应用前景。（7）FPGA/CPLD开发周期短、投资风险小、产品上市速度快、市场适应能力强和硬件升级回旋余地大，而且当产品定型和产量扩大后，可将在生产中达到充分检验的VHDL设计迅速实现ASIC投产。（8）开发项目，FPGA/CPLD选择?主要看开发项目本身的需要。对于普通规模，且产量不是很大的产品项目，通常使用CPLD比较好。对于大规模的逻辑设计、ASIC设计，或单片系统设计，则多采用FPGA。另外，FPGA掉电后将丢失原有的逻辑信息，所以在实用中需要为FPGA芯片配置一个专用ROM。第1章绪论物信学院151.3.2硬件描述语言常用的硬件描述语言有VHDL、Verilog、ABEL。VHDL：作为IEEE的工业标准硬件描述语言，在电子工程领域，已成为事实上的通用硬件描述语言。Verilog：作为IEEE的工业标准硬件描述语言，支持的EDA工具较多，适用于RTL级和门电路级的描述，其综合过程较VHDL稍简单，但其在高级描述方面不如VHDL。ABEL：一种支持各种不同输入方式的HDL，被广泛用于各种可编程逻辑器件的逻辑功能设计，由于其语言描述的独立性，因而适用于各种不同规模的可编程器件的设计。有专家认为，在新世纪中，VHDL与Verilog语言将承担几乎全部的数字系统设计任务。第1章绪论物信学院161.3.3软件开发工具1．主流厂家的EDA软件工具目前比较流行的、主流厂家的EDA的软件工具如后所述。这些不同的软件基本功能相同，主要差别在于：①面向的目标器件不一样；②性能各有优劣。（1）QuartusⅡ：是Altera公司的新近推出的EDA软件工具，其设计工具完全支持VHDL、Verilog的设计流程，其内部嵌有VHDL、Verilog逻辑综合器。可以直接调用SynplifyPro、FPGACompilerⅡ等第三方工具。具备仿真功能，并支持第三方的仿真工具。此外为AlteraDSP开发包进行系统模型设计提供了集成综合环境，它与MATLAB和DSPBuilder结合可以进行基于FPGA的DSP系统开发，是DSP硬件系统实现的关键EDA工具。还可与SOPCBuilder结合，实现SOPC系统开发。第1章绪论物信学院17（2）ISE/ISE-WebPACKSeries：它是Xilinx公司新近推出的EDA集成软件开发环境。它操作简易方便，其提供的各种最新改良功能能解决以往各种设计上的瓶颈，加快了设计与检验的流程，如ProjectNavigator让顾客能在同一设计工程中使用Synplicity与Xilinx的合成工具，混合使用VHDL及VerilogHDL源程序，让设计人员能使用固有的IP与HDL设计资源达至最佳的结果。使用者亦可链结与启动XilinxEmbeddedDesignKit(EDK)XPS专用管理器，以及使用新增的AutomaticWebUpdate功能来监视软件的更新状况向使用者发送通知，及让使用者进行下载更新档案，以令其ISE的设定维持最佳状态。各版本的ISE软件皆支持Windows2000、WindowsXP操作系統。第1章绪论物信学院18（3）ispLEVER是Lattice公司最新推出的一套EDA软件。提供设计输入、HDL综合、验证、器件适配、布局布线、编程和在系统设计调试。设计输入可采用原理图、硬件描述语言、混合输入三种方式。能对所设计的数字电子系统进行功能仿真和时序仿真。软件中含有不同的工具，适用于各个设计阶段。软件包含“Synplify”、“Leonado”综合工具和ispVM器件编程工具。ispLEVER软件提供给开发者一个有力的工具，用于设计所有Lattice可编程逻辑产品。软件不仅支持所有Lattice公司的ispLSI、MACH、ispGDX、ispGAL、GAL器件,还支持Lattice新的FPGA、FPSC、ispXPGATM和ispXPLDTM产品系列。第1章绪论物信学院192．第三方EDA工具业界最流行的第三方EDA工具有：逻辑综合性能最好的Synplify，仿真功能最强大的Mode