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1、EDA技术的相关网址： ,学习本课程的任务,1.可编程逻辑器件的软件开发:原理图和硬件描述语言 2.可编程逻辑器件的硬件开发:各引脚与外部电路的连接,两位十进制频率计顶层设计原理图文件,D触发器的VHDL描述,LIBRARY IEEE ; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL ; ENTITY DFF1 IS PORT (CLK : IN STD_LOGIC ; D : IN STD_LOGIC ; Q : OUT STD_LOGIC ); END ; ARCHITECTURE bhv OF DFF1 IS SIGNAL Q1 : STD_LOGIC ; -类似于在芯片内
2、部定义一个数据的暂存节点 BEGIN PROCESS (CLK) BEGIN IF CLKEVENT AND CLK = 1 THEN Q1 = D ; END IF; Q = Q1 ; -将内部的暂存数据向端口输出 END PROCESS ; END bhv;,第1章 EDA技术概述,【学习目标】 通过本章的学习要了解EDA技术的发展过程及发展趋势、常用的EDA技术开发工具、EDA技术的硬件基础；掌握EDA技术含义、EDA技术的开发流程和传统设计方法EDA设计方法的区别。,1.1 EDA 技术的含义,1. 什么是EDA技术？ EDA（Electronic Design Automation）
3、，即电子设计自动化，是指以计算机为工作平台，融合应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制成的电子CAD通用软件包，主要能辅助进行以下几方面的工作：电子电路设计、电子电路仿真、PCB设计，CPLD/FPGA设计，IC设计等，根据EDA技术的范围，可将EDA技术分为广义的EDA技术和狭义的EDA技术。,1.1 EDA 技术的含义,2EDA技术的广义理解 EDA技术广义理解实际上是EDA工程所涉及的范围，主要包括半导体工艺设计自动化、可编程器件设计自动化、电子系统设计自动化、印刷电路板设计自动化、电子电路仿真与测试、电子产品故障诊断自动化、形式验证自动化等方面的内容，也就是说，凡是利用计算
4、机来辅助人们完成与电子技术相关的自动化设计技术都可以理解为EDA技术。,1.1 EDA 技术的含义,3EDA技术的狭义理解 EDA技术是利用计算机来完成电子系统的设计。是指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，以可编程逻辑器件为载体，以ASIC和SoC为设计目标，自动完成用软件方式描述的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、布局布线、逻辑仿真，直至完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，以电子系统设计为应用方向的电子产品自动化设计过程。,1.2 EDA 技术的发展,1.2.1 计算机辅助设计（CAD）阶段 七十年
5、代为CAD阶段，人们开始用计算机辅助进行电路图设计、IC版图编辑、PCB布局布线等，取代了手工操作，产生了计算机辅助设计的概念。,1.2 EDA 技术的发展,1.2.2 计算机辅助工程（CAE）阶段 八十年代为CAE阶段 ，与CAD相比，除了纯粹的图形绘制功能外，又增加了电路功能设计和结构设计，并且通过电气连接网络表将两者结合在一起，实现了工程设计，这就是计算机辅助工程的概念。CAE的主要功能是：原理图输入，逻辑仿真，电路分析，自动布局布线，PCB后分析。,1.2 EDA 技术的发展,1.2.3 电子设计自动化（EDA）阶段 九十年代为EDA阶段，在整个设计过程中，自动化和智能化程度还不高，各
6、种EDA软件界面千差万别，学习使用困难，并且互不兼容，直接影响到设计环节间的衔接。基于以上不足，人们开始追求：贯彻整个设计过程的自动化，这就是EDA即电子系统设计自动化。,1.3 常用的EDA技术开发工具,常用EDA开发工具有： Multisim、PSPICE、OrCAD、PCAD、Protel、Viewlogic、Mentor、Graphics、Synopsys、LSIlogic、Cadence、MicroSim、 QuartusII等等。,1.3 常用的EDA技术开发工具,1.3.1 Altera公司集成EDA集成开发工具 1、Max+plusII： 是Altera公司推出的第三代PLD开
7、发系统；使用MAX+PLUSII的设计者不需精通器件内部的复杂结构。设计者可以用自己熟悉的设计工具（如原理图输入或硬件描述语言）建立设计。,1.3 常用的EDA技术开发工具,2、 QuartusII QuartusII是Altera公司的综合性PLD开发软件，支持原理图、VHDL、Verilog-HDL以及AHDL(Altera Hardware Description Language)等多种设计输入形式，也是Altera第四代PLD开发系统：主要用于设计新器件和大规模 CPLD/FPGA。,1.3 常用的EDA技术开发工具,Quartusll支持Altera的IP核，包含了LPMMegaF
8、unction宏功能模块库， 此外，QuartusII通过和DSP Builder工具与MatlabSimulink相结合，可以方便地实现各种DSP应用系统；支持Altera的片上可编程系统(SOPC)开发，集系统级设计、嵌入式软件开发、可编程逻辑设计于一体，是一种综合性的开发平台。,1.3 常用的EDA技术开发工具,1.3.2 Xilinx公司的EDA集成开发工具 1Xilinx ISE Xilinx ISE 设计套件是Xilinx公司的最新EDA集成开发工具，目前的版本是11.1版本（ISE Design Suite 11.1）。在为嵌入式、DSP和逻辑设计人员提供FPGA设计工具和IP产
9、品方面确立了业界新标准。,1.3 常用的EDA技术开发工具,2. ISE设计套件的逻辑版本（Logic Edition） 逻辑版本（Logic Edition）支持快速访问和使用从前端直到后端的完整FPGA设计流程，提供的工具和基础IP覆盖设计输入、引脚分配、综合、验证（包括片上调试）、实施、布局/分析、位流生成以及器件编程功能。,1.3 常用的EDA技术开发工具,逻辑版本包括： ISE Foundation 软件 ISE Simulator PlanAhead 设计分析工具 ChipScope Pro Analyzer ChipScope Pro Serial I/O Toolkit Bas
10、e-level IP,1.3 常用的EDA技术开发工具,3. ISE的DSP 版本（DSP Edition） DSP版本除了基础FPGA设计工具和技术提供了针对DSP算法、系统和硬件开发人员需求而优化的DSP开发工具和IP。,1.3 常用的EDA技术开发工具,4. ISE的嵌入式版本 （Embedded Edition） 嵌入式版本提供的嵌入式开发工具和IP专门针对需要在设计中采用嵌入式处理器的开发人员需求而优化。此外，嵌入式版本还包括了基础FPGA设计工具和技术。,1.3 常用的EDA技术开发工具,5. ISE的系统版本（System Edition） 系统版本提供了完整的设计解决方案，支持
11、从针对逻辑设计输入和实现的基础级设计产品直到DSP和嵌入式领域优化产品的所有设计方法。,1.3 常用的EDA技术开发工具,1.3.3 Lattice公司的EDA集成开发工具 Lattice（中文名：莱迪思）是ISP（在线可编程）技术的发明者，Lattice中小规模PLD/FPGA比较有特色，种类齐全，性能不错。99年Lattice收购Vantis（原AMD子公司）,2001年收购Lucent微电子的FPGA部门，2004年以后开始大规模进入FPGA领域，是世界第三大可编程逻辑器件供应商。目前Lattice公司在上海设有研发部门。,1.3 常用的EDA技术开发工具,ispLEVER： 是莱迪思可
12、编程逻辑产品的设计软件。各种不同的ispLEVER版本都包含一组全方位的功能强大的工具，包括项目管理、IP综合、设计规划、布局布线、在系统逻辑分析等。,1.3 常用的EDA技术开发工具,莱迪思的ispLEVER 5.0支持新的LatticeXP 非易失、可无限重构FPGA。新的ispLEVER不仅能让您立即接触到最新的ispXP 技术，它还适用于所有莱迪思FPGA、CPLD和SPLD可编程器件的设计。ispLEVER工具套件有Windows、UNIX和LINUX版本可供选择。,1.4 EDA技术的软件开发,注：本书讲解的EDA技术若无特别说明均为狭义理解的EDA技术。 EDA技术的开发主要有软
13、件和硬件两部分： 1、软件部分主要是用户编写的硬件描述语 言程序或设计的电路原理图、状态图 2、硬件是作为实现载体的可编程逻辑器件 和外围电路等。,1.4 EDA技术的软件开发,1.4.1 原理图设计简介 原理图是利用EDA工具软件将电路原理图在计算机上进行绘制。 原理图由逻辑器件(符号)和连接线构成，图中的逻辑器件可以是EDA软件库中预制的功能模块，如与门、非门、或门、触发器以及各种含 74系列器件功能的宏功能块，甚至还有一些类 似于IP的功能块。,1.4 EDA技术的软件开发,1、原理图的输入方法的优点： （1）设计者进行电子线路设计不需要增加新的相关知识(诸如HDL等)。 （2）方法与用
14、PROTEL作图相似，设计过程形象直观，适用于初学或教学演示。 （3）对于较小的电路模型，其结构与实际电路十分接近，设计者易于把握电路全局。,1.4 EDA技术的软件开发,2、原理图输入方式的缺点： （1）由于图形设计方式并没有标准化，不同的EDA软件中的图形处理工具对图形的设计规则、存档格式和图形编译方式都不同，因此图形文件兼容性差，难以交换和管理。,1.4 EDA技术的软件开发,（2）随着电路设计规模的扩大，原理图输入描述方式必然引起一系列难以克服的困难，如电路功能原理的易读性下降，错误排查困难，整体调整和结构升级困难。例如，将一个4位的单片机设计升级为8位单片机几乎难以在短期内准确无误地
15、实现。 （3）由于图形文件的不兼容性，性能优秀的电路模块的移植和再利用十分困难，这是EDA技术应用的最大障碍。,1.4 EDA技术的软件开发,（4）由于在原理图中已确定了设计系统的基本电路结构和元件，留给综合器和适配器 的优化选择的空间已十分有限，因此难以实现用户所希望的面积、速度以及不同风格的综合优化，显然，原理图的设计方法明显偏离了电子设计自动化最本质的涵义。 （5）在设计中，由于必须直接面对硬件模块的选用，因此行为模型的建立将无从谈起，从而无法实现真实意义上的自顶向下的设计方案。,1.4 EDA技术的软件开发,1.4.2 硬件描述语言设计简介 1硬件描述语言的产生 随着半导体技术和计算机
16、技术的飞速发展，集成电路的设计方法发生了深刻的变化。从计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工程(CAE)到电子系统设计自动化(ESDA)，设计的自动化程度越来越高，系统也越来越庞大，越来越复杂。硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)应运而生，它的出现标志着电路设计领域的一次重大的变革。,1.4 EDA技术的软件开发,利用这种语言，硬件电路系统的设计可以从上层到下层(从抽象到具体)逐层描述设计，用一系列分层次的模块来表示复杂的系统。然后，利用电子设计自动化(EDA)工具，逐层进行仿真验证，再将其变为实际电路的模块组合，经过自动综合工具转换到门级电路网表。最后，用专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA自动布局布线工具，把网表转换为要实现的具体电路布线结构。,1.4 EDA技术的软件开发,与原理图设计方法相比，有如下优势： (1)采用自顶向下的设计方法。与传统的自底向
