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1、EDAEDA技术及应用教程技术及应用教程讲义王 建 波2002年9月第一章EDA发展综述n1、1 CAD与EDAn计算机辅助设计技术（Computer Aided Design）n电子设计自动化（Electronic Design Automation）可以说EDA是CAD的高级阶段讲义 王建波EDA发展趋势自顶 向下 设计CAECAD1975 1980 1985 1990 1995 逻辑综合HDL 参数分析自动 测试设计电路图输入 逻辑模拟PCB版LSI布线设计讲义 王建波1、2 EDA技术与器件的发展n1、CAD阶段 60-80年代以PCB制作为主n2、CAE阶段 80-90年代以电路仿真
2、、分析为代表n3、EDA阶段 90年代以后以复杂电路设计，可编程器件设计为代表。可以应用IP核，制作ASIC器件。讲义 王建波1、3 EDA特征与工具n特征：自顶向下TOP DOWNn工具：物理工具（PCB制作等）逻辑工具（PLD器件设计）特别是ISP（In System Programmability） 和CPLD（Complex Programmable Logic Device）的使用！讲义 王建波1、4 可编程数字ASICnASIC（Application Specific Integrated Circuit） 定制淹膜 门阵列 标准单元 PLD PLD（PROM、PAL、GAL、E
3、PLD、CPLD、FPGA等等）讲义 王建波发展特点n价格不断降低n集成度不断提高n向系统级发展n全新的PLD平台n绿色CPLD出现讲义 王建波1、5 可编程模拟PLDnLattice公司于1992年提出ISP技术并于 1999年11月推出模拟PLD。n主要用于：n1、信号调理n2、信号处理n3、信号转换讲义 王建波1、6 结构化的硬件描述语言HDLnHDL（Hardware Description Language ）ABEL AHDL Verilog HDL VHDL 讲义 王建波第二章 可编程逻辑器件发展趋势n2、1 片上系统（System-On-a-Chip）n1、系统集成n2、系统存
4、储n3、同步时序n4、系统接口讲义 王建波2、2 片上系统的设计问题n1、IP（Intelligent Property）核重用n2、形式验证n3、测试基准n4、可再配置计算n5、布局规划n6、核心设计讲义 王建波2、3基于IP模块的片上系统设计技术n1、片上系统和IP模块n2、片上系统设计方法的发展趋势n3、硬件IP模块n4、系统芯片展望讲义 王建波2、4可编程模拟器件2、5混合可编程器件n1、混合信号SOCn2、实际存在的问题n3、新创意、新思想讲义 王建波第三章 可编程逻辑器件基本原理3、1概述PLD（Programmable Logic Device） 一、基本结构n1、结构:由与、或
5、阵列和I/O结构等组成 。（见图P3、1）n2、PLD单元电路表示（见图P3、2） 二、PLD分类讲义 王建波n1、按照与、或阵列可编程分类 A、与门固定、或门可编程 B、或门固定、与门可编程 C、与门、或门均可编程n2、按照集成度分类n3、按照编程工艺分类 A、熔丝和反熔丝工艺器件 B、浮栅编程器件 C、SRAM编程器件讲义 王建波3、2 PAL器件 一、概述PAL（Programmable Array Logic ） 二、内部电路结构 三、PAL器件的开发讲义 王建波3、3 GAL器件 一、GAL器件概述（Generic Array Logic） 1、器件特点 可以反复编程使用 2、分类与
6、参数 二、普通型GAL器件 1、内部电路结构 2、输出逻辑宏单元（OLMC） OLMC（Output Logic Macro Cell） 可以实现软件进行的多种配置输出形式讲义 王建波三、OLMC的输出结构类型n1、简单模式n2、复合模式n3、寄存器模式（时序电路基本结构） 四、GAL器件的开发与编程 1、硬件条件：编程器和计算机 2、软件条件：可编程器件编译软件 如：ABEL，FUSEMAP等等讲义 王建波第四章、Lattice 公司可编程器件介绍 4、1 ISP器件概述4、2高密度ISP-PLD器件 一、ispLSI器件结构原理 1、集总布线区GRP（Global Routing Pool
7、） 完成信号互连 2、万能逻辑块GLB（Generic Logic Block） 可编程阵列 3、输出布线区ORP（Output Routing Pool） 输出配置区讲义 王建波4、输入输出单元IOC（I/O Cell） 5、巨型块（Megablock） 包括8个GLB，1个ORP，16个IOC和两个专用I/O 6、时钟分配单元 二、在系统编程 1、各种状态 2、实现方式 3、编程组态与接口讲义 王建波4、3低密度ISP-PLD原理 4、4 ISP-GDS原理一、ispGDS（Generic Digital Switch）器件介绍 用于灵活配置连接状态的器件 二、ispGDS器件编程与使用语
8、言描述软件编译编程、使用讲义 王建波4、5 ispGDX在系统可编程开关阵列用于复杂数字电路的快速连接4、6 ispPAC可编程模拟器件一、基本组成和特点 二、结构 三、应用 用于模拟信号调理、放大、选频、数学运算等等 。讲义 王建波4、7Lattice公司ISP-PLD器件的性能4、8Lattice/Vantis公司CPLD简介讲义 王建波第8章硬件描述语言8、1 HDL概述 一、HDL概述nHDL（Hardware Description Language ）ABEL AHDL Verilog HDL VHDL 讲义 王建波二、语言特点 1、自顶向下TOP DOWN 2、采用ASIC芯片
9、3、预测仿真 4、降低设计难度 三、HDL语言优点8、2 VHDL与Verilog HDL 的比较讲义 王建波第 9 章VHDL9、1 VHDL语言基础一、基本语法 1、源文件由各种语句构成 2、关键字、标识符、常量之间至少要一个空格 隔开 3、常数要区分大小写 4、每行换行有结束标志。 5、注释文字以双划线“-”开始，直到行结尾讲义 王建波二、标识符、数据对象、数据类型和属性 1、标识符（分短标识符和扩展标识符）语法规定：n必须以英文字母开头n英文字母、数字（0-9）和下划线都是有效字符n标识符不区分大小写n下划线“_”的前后都必须有英文或者数字 合法标识符举例 S_ABCD，sig17，a
10、bc_efg 非法标识符举例 S-ABCD，17sig，abc_，_now讲义 王建波2、数据对象包括常量（CONSTANT）、变量（VARIABLE）、信号（ SIGNAL）和文件（FILE）四种 （1）常量（CONSTANT）：在文件中对某常数赋予一个 固定的值。通常在程序开始处赋值，数据类型在说明 语句中说明。其格式为： CONSTANT 常数名：数据类型：=表达式； 例如： CONSTANT VCC：REAL：=5.0； CONSTANT Fbus：BIT_VECTOR：=“1011”； CONSTANT Delay：TIME：10ns； 它的使用范围取决于它定义的位置，可以用于全局、
11、局 部结构体等等。讲义 王建波（2）变量（VARIABLE） 程序中的立即赋值量，它只能在进程和子程序中使用， 不能带出当前单元且赋值立即生效。其格式为： VARIABLE 变量名：数据类型：约束条件：=初始值； 例如： VARIABLE n：INTEGER RANGE 0 TO 15：=2； 也可以在语句后面紧跟变量赋值语句。格式为： 目标变量名：=表达式； 例如： VARIABLE a，b：=REAL； VARIABLE x，y：BIT_VECTOR（0 TO 7）； 则可以有以下合法赋值语句：讲义 王建波x：=y； -运算表达式赋值 b：=a+1； a：=100； -实数型赋值 y：=“
12、0101101” -位矢量赋值 x（2 TO 4）：=（1 ，0 ，1 ）；-段赋值 x（0 TO 2）：=y（5 TO 7）； x（6）：=1； -位赋值 （3）信号（SIGNAL）信号是电路内部连接的抽象。作为实体信息交流的通道 。 定义格式为： SIGNAL 信号名：数据类型：约束条件：=表达式； 例如：SIGEAL gnd：BIT：=0； 定义一个单值信号gnd，数据类型是位BIT，信号初始值 为0。讲义 王建波SIGNAL data：STD_LOGIC_VECTOR（7 DOWENTO 0） ； 该句定义一个位矢量信号（总线）data，数据类型是标 准位矢量STD_LOGIC_VEC
13、TOR，共有8个元素。 定义完信号类型和表达方式后，还可以对信号进行赋值 。其格式为： 目标信号名顺序语句WHEN别的条件表达式=顺序语句END CASE；讲义 王建波5、LOOP语句 两种格式 （1）FOR循环变量 标号：FOR 循环变量IN循环次数范围LOOP循环处理语 句 （2）WHILE条件 标号： WHILE条件LOOP顺序处理语句；END LOOP标号； 6、NEXT语句 用于LOOP语句中用以跳出本次循环至标号所在位置。格 式为： NEXT标号WHEN 条件； 7、EXIT语句讲义 王建波用于LOOP语句中用以跳出本次循环至标号所在位置。格 式为：EXIT标号WHEN 条件； 8
14、、NULL语句 空语句，引入至下一个语句用 格式：NULL； 9、RETURN语句 子程序结束返回主程序的语句，有两种格式：nRETURN -第一种格式nRETURN 表达式 -第二种格式 10、REPORT语句 11、ASSERT语句 12、过程调用语句讲义 王建波13、WAIT语句 也是条件控制语句。见P181 包括四种情况： WAIT； -无限等待 WAIT ON； -敏感信号量变化 WAIT UNTIL； -条件满足 WAIT FOR； -时间到 二、子程序可以用于重复性的设计任务。子程序被调用时，首 先要初始化，执行处理功能后，将处理结果传递个主 程序。子程序内部值不能保持。 子程序
15、有两种类型： 过程（PROCEDURE）和函数（FUNCTION）讲义 王建波1、过程（PROCEDURE）子程序 A、过程的说明格式（仅限于这一局部有效） PROCEDURE 过程名（接口表）； 例如： PROCEDURE convt （zin：IN STD_LOGIC_VECTOR；qout：INOUT INTEGER）；. B、过程体的编写 格式： PROCEDURE 过程名（接口名） IS说明语句；BEGIN顺序处理语句；END 过程名；讲义 王建波2、函数（ FUNCTION ）子程序 VHDL中有现成的函数库，也可以用户定义，定义后可以 反复使用。 A、函数说明格式： FUNCTION 函数名（接口表）RETURN 数据类型； 例如： FUNCTION max（a：STD_LOGIC_VECTOR；b： STD_LOGIC_VECTOR ）B、函数体的格式 FUNCTION 函数名（接口表）RETURN 数据类型 IS说明语句；
