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1、EDAEDA技术及应用技术及应用教材教材教材教材: : : :EDAEDAEDAEDA技术及应用技术及应用技术及应用技术及应用 一、课程简介一、课程简介1 1、数字电路数字电路为基础：学习了数字电路的为基础：学习了数字电路的基本设计方法。基本设计方法。2 2、EDAEDA技术及应用技术及应用：面向实际工程应用，：面向实际工程应用，掌握数字系统新的设计方法。掌握数字系统新的设计方法。 二、课程宗旨二、课程宗旨1 1、更新数字电路的设计观念、更新数字电路的设计观念，建立用，建立用PLDPLD器件器件取取代传统代传统TTLTTL数字器件数字器件设计数字电路的思想。设计数字电路的思想。2 2、更新数字
2、系统设计手段、更新数字系统设计手段，学会使用硬件描述语，学会使用硬件描述语言（言（Hardware Description LanguageHardware Description Language）代替传）代替传统的数字电路设计方法来设计数字系统。统的数字电路设计方法来设计数字系统。三、可编程逻辑器件的定义三、可编程逻辑器件的定义1 1 1 1、逻辑器件、逻辑器件、逻辑器件、逻辑器件：用来实现某种特定逻辑功能的电子器件，：用来实现某种特定逻辑功能的电子器件，：用来实现某种特定逻辑功能的电子器件，：用来实现某种特定逻辑功能的电子器件，最简单的逻辑器件是与、或、非门（最简单的逻辑器件是与、或、非
3、门（最简单的逻辑器件是与、或、非门（最简单的逻辑器件是与、或、非门（74LS0074LS0074LS0074LS00，74LS0474LS0474LS0474LS04等），在此基础上可实现复杂的时序和组合等），在此基础上可实现复杂的时序和组合等），在此基础上可实现复杂的时序和组合等），在此基础上可实现复杂的时序和组合逻辑功能。逻辑功能。逻辑功能。逻辑功能。2 2 2 2、可编程逻辑器件（、可编程逻辑器件（、可编程逻辑器件（、可编程逻辑器件（PLDPLDPLDPLDProgrammable Logic Programmable Logic Programmable Logic Programma
4、ble Logic DeviceDeviceDeviceDevice）：器件的功能不是固定不变的，而是可根：器件的功能不是固定不变的，而是可根：器件的功能不是固定不变的，而是可根：器件的功能不是固定不变的，而是可根据用户的需要而进行改变，即据用户的需要而进行改变，即据用户的需要而进行改变，即据用户的需要而进行改变，即由编程的方法来确定由编程的方法来确定由编程的方法来确定由编程的方法来确定器件的逻辑功能。器件的逻辑功能。器件的逻辑功能。器件的逻辑功能。四、课程内容四、课程内容1 1、器件、器件为什么为什么能够编程能够编程 了解大规模可编程逻辑器件的结构及工作原理了解大规模可编程逻辑器件的结构及工
5、作原理了解大规模可编程逻辑器件的结构及工作原理了解大规模可编程逻辑器件的结构及工作原理2 2、怎样对器件编程、怎样对器件编程1) 1) 1) 1) 熟悉一种熟悉一种熟悉一种熟悉一种EDAEDAEDAEDA软件的使用方法（软件的使用方法（软件的使用方法（软件的使用方法（工具工具工具工具）以以以以AlteraAlteraAlteraAltera公司的公司的公司的公司的QUARTUS IIQUARTUS IIQUARTUS IIQUARTUS II或或或或MAX+PLUX IIMAX+PLUX IIMAX+PLUX IIMAX+PLUX II为例为例为例为例2 2 2 2）掌握一种硬件描述语言（）掌
6、握一种硬件描述语言（）掌握一种硬件描述语言（）掌握一种硬件描述语言（方法方法方法方法），以设计软件），以设计软件），以设计软件），以设计软件的方式来设计硬件（的方式来设计硬件（的方式来设计硬件（的方式来设计硬件（重点重点重点重点）以以以以VHDLVHDLVHDLVHDL语言为例语言为例语言为例语言为例五、教学安排五、教学安排1)1)理论教学（理论教学（1818学时）学时）2)2)上机实践（上机实践（1818学时）学时）3)3)考核方式考核方式实验成绩（实验成绩（实验成绩（实验成绩（20%20%20%20%）理论笔试（考试理论笔试（考试理论笔试（考试理论笔试（考试70%70%70%70%）平时（
7、平时（平时（平时（10%10%10%10%）六、参考书六、参考书【1 1】潘松，潘松，EDAEDA技术实用教程技术实用教程，科学出版社，科学出版社【2 2】卢毅等，卢毅等，VHDLVHDL与数字电路设计与数字电路设计，科学出版社，科学出版社【3 3】赵俊超等，赵俊超等，集成电路设计集成电路设计VDHLVDHL教程教程，北京希，北京希望电子出版社望电子出版社。七、数字电路课程的回顾数字电路课程的回顾1 1 数字电路设计的基本方法数字电路设计的基本方法1 1 1 1）组合电路设计）组合电路设计）组合电路设计）组合电路设计问题问题问题问题逻辑关系逻辑关系逻辑关系逻辑关系真值表真值表真值表真值表化简化
8、简化简化简逻辑逻辑逻辑逻辑图图图图2 2 2 2）时序电路设计）时序电路设计）时序电路设计）时序电路设计列出原始状态转移图和表列出原始状态转移图和表列出原始状态转移图和表列出原始状态转移图和表状态优化状态优化状态优化状态优化状态分配状态分配状态分配状态分配触发器选型触发器选型触发器选型触发器选型求解方程式求解方程式求解方程式求解方程式逻辑图逻辑图逻辑图逻辑图 七、数字电路课程的回顾数字电路课程的回顾2 2 使用中、小规模器件设计电路（使用中、小规模器件设计电路（7474、5454系列）系列）编码器（编码器（编码器（编码器（74LS14874LS14874LS14874LS148）译码器（译码器
9、（译码器（译码器（74LS15474LS15474LS15474LS154）比较器（比较器（比较器（比较器（74LS8574LS8574LS8574LS85）计数器（计数器（计数器（计数器（74LS19374LS19374LS19374LS193）移位寄存器（移位寄存器（移位寄存器（移位寄存器（74LS19474LS19474LS19474LS194） 七、数字电路课程的回顾数字电路课程的回顾3 设计方法的局限设计方法的局限1 1）、采用）、采用）、采用）、采用“ “搭积木搭积木搭积木搭积木” ”的方法进行设计。必须熟的方法进行设计。必须熟的方法进行设计。必须熟的方法进行设计。必须熟悉各种中小
10、规模芯片的使用方法，从中挑选最悉各种中小规模芯片的使用方法，从中挑选最悉各种中小规模芯片的使用方法，从中挑选最悉各种中小规模芯片的使用方法，从中挑选最合适的器件。合适的器件。合适的器件。合适的器件。2 2）、设计系统所需要的芯片种类多，且数量很）、设计系统所需要的芯片种类多，且数量很）、设计系统所需要的芯片种类多，且数量很）、设计系统所需要的芯片种类多，且数量很大。大。大。大。七、数字电路课程的回顾数字电路课程的回顾4 4）采用中小规模器件的局限）采用中小规模器件的局限电路板面积较大，芯片数量多，功耗大，可靠性电路板面积较大，芯片数量多，功耗大，可靠性电路板面积较大，芯片数量多，功耗大，可靠性
11、电路板面积较大，芯片数量多，功耗大，可靠性低低低低 提高芯片的集成度提高芯片的集成度提高芯片的集成度提高芯片的集成度设计比较困难设计比较困难设计比较困难设计比较困难 能方便地发现设计错误能方便地发现设计错误能方便地发现设计错误能方便地发现设计错误电路修改很麻烦电路修改很麻烦电路修改很麻烦电路修改很麻烦 提供方便的修改手段提供方便的修改手段提供方便的修改手段提供方便的修改手段5 5）PLDPLD器件的出现改变了这一切器件的出现改变了这一切八、八、PLDPLD出现的背景出现的背景1 1）电路集成度不断提高）电路集成度不断提高SSISSISSISSIMSIMSIMSIMSILSILSILSILSIV
12、LSIVLSIVLSIVLSI2 2）计算机技术的发展使）计算机技术的发展使EDAEDA技术得到广泛应用技术得到广泛应用3 3）设计方法的发展）设计方法的发展自下而上自下而上自下而上自下而上自上而下自上而下自上而下自上而下4 4）用户需要设计自己需要的专用电路）用户需要设计自己需要的专用电路专用集成电路（专用集成电路（专用集成电路（专用集成电路（ASICASICASICASICApplication Specific Application Specific Application Specific Application Specific Integrated CircuitsIntegra
13、ted CircuitsIntegrated CircuitsIntegrated Circuits）开发周期长，投入大，）开发周期长，投入大，）开发周期长，投入大，）开发周期长，投入大，风险大风险大风险大风险大可编程器件可编程器件可编程器件可编程器件PLDPLDPLDPLD：开发周期短，投入小，风险小：开发周期短，投入小，风险小：开发周期短，投入小，风险小：开发周期短，投入小，风险小九、九、PLDPLD器件的优点器件的优点1)1)1)1)集成度高，可以替代多至几千块通用集成度高，可以替代多至几千块通用集成度高，可以替代多至几千块通用集成度高，可以替代多至几千块通用ICICICIC芯片芯片芯片
14、芯片极大减小电路的面积，降低功耗，提高可靠性极大减小电路的面积，降低功耗，提高可靠性极大减小电路的面积，降低功耗，提高可靠性极大减小电路的面积，降低功耗，提高可靠性2)2)2)2)具有完善先进的开发工具具有完善先进的开发工具具有完善先进的开发工具具有完善先进的开发工具提供语言、图形等设计方法，十分灵活提供语言、图形等设计方法，十分灵活提供语言、图形等设计方法，十分灵活提供语言、图形等设计方法，十分灵活通过仿真工具来验证设计的正确性通过仿真工具来验证设计的正确性通过仿真工具来验证设计的正确性通过仿真工具来验证设计的正确性3)3)3)3)可以反复地擦除、编程，方便设计的修改和升级可以反复地擦除、编
15、程，方便设计的修改和升级可以反复地擦除、编程，方便设计的修改和升级可以反复地擦除、编程，方便设计的修改和升级4)4)4)4)灵活地定义管脚功能，减轻设计工作量，缩短系灵活地定义管脚功能，减轻设计工作量，缩短系灵活地定义管脚功能，减轻设计工作量，缩短系灵活地定义管脚功能，减轻设计工作量，缩短系统开发时间统开发时间统开发时间统开发时间5)5)5)5)保密性好保密性好保密性好保密性好管脚数目：管脚数目：208208个个电源：电源：3.3V3.3V（I/OI/O）2.5V2.5V（内核）（内核）速度速度250MHz250MHz内部资源内部资源49924992个逻辑单元个逻辑单元1010万个逻辑门万个逻
16、辑门49152 bit49152 bit的的RAMRAM举例：举例：十、十、PLDPLD的发展趋势的发展趋势1 1）向高集成度、高速度方向发展）向高集成度、高速度方向发展最高集成度已达到最高集成度已达到最高集成度已达到最高集成度已达到400400400400万门万门万门万门2 2）向低电压和低功耗方向发展）向低电压和低功耗方向发展5V5V3.3V3.3V2.5V2.5V1.8V1.8V更低更低3 3）内嵌多种功能模块）内嵌多种功能模块RAMRAMRAMRAM，ROMROMROMROM，FIFOFIFOFIFOFIFO，DSPDSPDSPDSP，CPUCPUCPUCPU4 4）向数、模混合可编程
17、方向发展）向数、模混合可编程方向发展十一、大的可编程逻辑器件生产厂家十一、大的可编程逻辑器件生产厂家最大的最大的PLDPLD供应商之一供应商之一FPGAFPGA的发明者，最大的的发明者，最大的PLDPLD供应商之一供应商之一ISPISP技术的发明者技术的发明者提供军品及宇航级产品提供军品及宇航级产品第第1 1章章 绪绪 论论 1.1 EDA1.1 EDA技术的涵义技术的涵义1 1 概念概念：EDAEDA技术（技术（Electronic Design Electronic Design Automation)Automation) 以以大规模可编程逻辑器件大规模可编程逻辑器件为设计载体，以为设计
18、载体，以HDLHDL为系统逻辑描述的主要表达方式，以为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算计算机和相应的开发软件机和相应的开发软件为设计工具，自动完成用为设计工具，自动完成用软件设计的电子系统到硬件系统的软件设计的电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑编译、综合、布局布线、仿真，直至对特定目标芯片综合、布局布线、仿真，直至对特定目标芯片的编程下载等工作，最终形成专用集成芯片的的编程下载等工作，最终形成专用集成芯片的新技术新技术。 硬件设计软件化硬件设计软件化2.2.利用利用EDAEDA设计电子系统，具有的特点：设计电子系统，具有的特点： 用软件的方式设计硬件用软件的方式设计硬件； 用软件方式设计的系
19、统到硬件系统的转换是由用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关的有关的开发软件开发软件自动完成的；自动完成的； 设计过程中可用有关软件进行各种仿真；设计过程中可用有关软件进行各种仿真； 系统可现场编程，在线升级；系统可现场编程，在线升级； 整个系统可集成在一个芯片上，体积小、整个系统可集成在一个芯片上，体积小、功耗低、可靠性高。功耗低、可靠性高。 EDAEDA技术是现代电子设计的发展趋势。技术是现代电子设计的发展趋势。1.2 EDA1.2 EDA技术的发展历程技术的发展历程 现代电子设计技术的核心已日趋转向基现代电子设计技术的核心已日趋转向基于计算机的于计算机的电子设计自动化电子设计自动化
20、技术，即技术，即EDA(Electronic Design Automation)EDA(Electronic Design Automation)技术。技术。 u EDAEDA技术的发技术的发展分为三个阶段展分为三个阶段 2020世纪世纪7070年代年代 2020世纪世纪8080年代年代 2020世纪世纪9090年代年代 1. 201. 20世纪世纪7070年代的计算机辅助设计年代的计算机辅助设计CADCAD阶段阶段 电子系统硬件设计采用的是分立元件，电子系统硬件设计采用的是分立元件，初级阶段的硬件设计大量选用中、小规模标初级阶段的硬件设计大量选用中、小规模标准集成电路。准集成电路。 由于设
21、计师对图形符号使用数量有限，由于设计师对图形符号使用数量有限，因此传统的手工布图方法无法满足产品复杂因此传统的手工布图方法无法满足产品复杂性的要求，也不能满足工作效率的要求。性的要求，也不能满足工作效率的要求。 2. 2. 2020世世纪纪8080年年代代的的计计算算机机辅辅助助工工程程设设计计CAECAE阶阶段段 2020世纪世纪8080年代初推出的年代初推出的EDAEDA工具则以工具则以逻辑逻辑模拟、故障仿真、自动布局和布线为核心，模拟、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重点解决电路设计没有完成之前的功能检测功能检测等问题。利用这些工具，设计师能在产品制等问题。
22、利用这些工具，设计师能在产品制作之前预知产品的功能与性能。作之前预知产品的功能与性能。 3. 2020世纪世纪9090年代电子系统设计自动化年代电子系统设计自动化EDAEDA阶段阶段 由用户自己设计芯片，让他们把想设计由用户自己设计芯片，让他们把想设计的电路直接设计在自己的专用芯片上。设计的电路直接设计在自己的专用芯片上。设计师可以在较短的时间内使用师可以在较短的时间内使用EDAEDA工具，利用微工具，利用微电子厂家提供的设计库来完成数万门电子厂家提供的设计库来完成数万门ASICASIC和和集成系统的设计。集成系统的设计。从教学和实用的角度看，应掌握以下内容：从教学和实用的角度看，应掌握以下内
23、容：1、大规模可编程逻辑器件；、大规模可编程逻辑器件；2、硬件描述语言；、硬件描述语言；3、软件开发工具；、软件开发工具；4、实验开发系统。、实验开发系统。1.3 EDA1.3 EDA技术的主要内容技术的主要内容1. 1. 大规模可编程逻辑器件大规模可编程逻辑器件1 1）可编程逻辑器件）可编程逻辑器件( (简称简称PLD)PLD)是一种是一种由用户编程由用户编程以实现某种逻辑功能以实现某种逻辑功能的新型逻辑器件。的新型逻辑器件。2 2）国际上生产）国际上生产FPGA/CPLDFPGA/CPLD的主流公司，并且在国的主流公司，并且在国内占有市场份额较大的主要是内占有市场份额较大的主要是Xilin
24、xXilinx，AlteraAltera，LatticeLattice三家公司。三家公司。3 3）XilinxXilinx公司的公司的FPGAFPGA器件有器件有XC2000XC2000，XC3000XC3000，XC4000XC4000，XC4000EXC4000E，XC4000XLAXC4000XLA，XC5200XC5200系列等，系列等，可用门数为可用门数为120012001800018000。4 4）AlteraAltera公司的公司的CPLDCPLD器件有器件有FLEX6000FLEX6000，FLEX8000FLEX8000，FLEX10KFLEX10K，FLEX10KEFLEX
25、10KE系列等，提系列等，提供门数为供门数为500050002500025000；5 5）LatticeLattice公司的公司的ISP-PLDISP-PLD器件有器件有ispLSI1000ispLSI1000，ispLSI2000ispLSI2000，ispLSI3000ispLSI3000，ispLSI6000ispLSI6000系列等，集成度可多达系列等，集成度可多达2500025000个个PLDPLD等效门。等效门。6 6）FPGA FPGA 在结构上主要分为三个部分，即在结构上主要分为三个部分，即可可编程逻辑单元，可编程输入编程逻辑单元，可编程输入/ /输出单元输出单元和和可可编程连
26、线编程连线三个部分。三个部分。7 7）CPLDCPLD在结构上主要包括三个部分，即在结构上主要包括三个部分，即可编可编程逻辑宏单元，可编程输入程逻辑宏单元，可编程输入/ /输出单元输出单元和和可可编程内部连线编程内部连线。2. 2. 硬件描述语言硬件描述语言(HDL)(HDL)1 1）VHDLVHDL：作为作为IEEEIEEE的工业标准硬件描述语言，在电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。子工程领域，已成为事实上的通用硬件描述语言。2 2）VerilogHDLVerilogHDL：支持的支持的EDAEDA工具较多，其综合过程工具较多，其综合过程较较VHDLV
27、HDL稍简单，但其在高级描述方面不如稍简单，但其在高级描述方面不如VHDLVHDL。3 3）ABELABEL：可支持各种不同输入方式的可支持各种不同输入方式的HDLHDL，被广泛，被广泛用于各种可编程逻辑器件的逻辑功能设计。用于各种可编程逻辑器件的逻辑功能设计。IEEE (The institute of Electrical and Electronics Engineers)3. 3. 软件开发工具软件开发工具1 1） ispEXPERTispEXPERT：ispEXPERT SystemispEXPERT System是是ispEXPERT ispEXPERT 的主要集成环境。通过它可以
28、的主要集成环境。通过它可以进行进行VHDLVHDL、VerilogVerilog及及ABELABEL语言的设计输入、语言的设计输入、综合、适配、仿真和在系统下载。综合、适配、仿真和在系统下载。 ispEXPERT SystemispEXPERT System是目前流行的是目前流行的EDAEDA软软件中最容易掌握的设计工具之一，它界面件中最容易掌握的设计工具之一，它界面友好，操作方便，功能强大。友好，操作方便，功能强大。2 2）Foundation SeriesFoundation Series：XilinxXilinx公司最新公司最新集成开发的集成开发的EDAEDA工具。是业界最强大的工具。是
29、业界最强大的EDAEDA设计工具之一。设计工具之一。3）Quartus II：是是Altera公司的新近推出的公司的新近推出的EDA软件工具，其设计工具完全支持软件工具，其设计工具完全支持VHDL、Verilog的设计流程，其内部嵌有的设计流程，其内部嵌有VHDL、Verilog逻辑综合器。第三方的综合工具，如逻辑综合器。第三方的综合工具，如Leonardo Spectrum、Synplify Pro、FPGA Compiler II有着更好的综合效果，因此通常有着更好的综合效果，因此通常建议使用这些工具来完成建议使用这些工具来完成VHDL/Verilog源程源程序的综合。序的综合。 Quar
30、tus II可以直接调用这些第三方工可以直接调用这些第三方工具。同样，具。同样，Quartus II具备仿真功能，但也支具备仿真功能，但也支持第三方的仿真工具，如持第三方的仿真工具，如Modelsim。 此外，此外，Quartus II为为Altera DSP开发包进开发包进行系统模型设计提供了集成综合环境，它与行系统模型设计提供了集成综合环境，它与MATLAB和和DSP Builder结合可以进行基于结合可以进行基于FPGA的的DSP系统开发，是系统开发，是DSP硬件系统实硬件系统实现的关键现的关键EDA工具。工具。Quartus II还可与还可与SOPC Builder结合，实现结合，实现
31、SOPC系统开发。系统开发。 EDAEDA软件系统应当包含以下子模块：软件系统应当包含以下子模块： 设计输入子模块、设计数据库子模块、设计输入子模块、设计数据库子模块、分析验证子模块、综合仿真子模块、布局分析验证子模块、综合仿真子模块、布局布线子模块等。布线子模块等。1.4 EDA1.4 EDA软件系统的构成软件系统的构成 1. 1. 设计输入工具的发展趋势设计输入工具的发展趋势1)1)早期早期EDAEDA工具设计输入普遍采用原理图输入工具设计输入普遍采用原理图输入方式，方式，以文字和图形作为设计载体和文件，以文字和图形作为设计载体和文件，将设计信息加载到将设计信息加载到EDAEDA工具，完成
32、设计分析工具，完成设计分析工作。工作。2)202)20世纪世纪8080年代末，电子设计开始采用新的年代末，电子设计开始采用新的综合工具，设计描述开始由原理图设计描综合工具，设计描述开始由原理图设计描述转向以述转向以各种硬件描述语言为主各种硬件描述语言为主的编程方的编程方式。式。1.5 EDA1.5 EDA工具的发展趋势工具的发展趋势3) EDAEDA公司在公司在9090年代推出一批图形化免编程年代推出一批图形化免编程的设计输入工具，设计师用最方便的设计的设计输入工具，设计师用最方便的设计方式，如方式，如框图、状态图、真值表和逻辑方框图、状态图、真值表和逻辑方程建立设计文件，程建立设计文件，然后
33、由然后由EDAEDA工具自动生成工具自动生成综合所需的硬件描述语言文件。综合所需的硬件描述语言文件。 2. 2. 具有混合信号处理能力的具有混合信号处理能力的EDAEDA工具工具 2020世纪世纪9090年代以来年代以来EDAEDA工具厂商都比较重工具厂商都比较重视数视数/ /模混合信号设计工具的开发。对数字模混合信号设计工具的开发。对数字信号的语言描述，信号的语言描述，IEEEIEEE已经制定了已经制定了VHDLVHDL标准，标准，对模拟信号的语言正在制定对模拟信号的语言正在制定AHDLAHDL标准。标准。 3. 3. 更为有效的仿真工具的发展更为有效的仿真工具的发展在整个电子设计过程中仿真
34、是花费时间最在整个电子设计过程中仿真是花费时间最多的工作也是占用多的工作也是占用EDAEDA工具资源最多的一个工具资源最多的一个环节。环节。系统级仿真验证系统的功能，电路级仿真系统级仿真验证系统的功能，电路级仿真验证系统的性能，验证系统的性能，决定怎样实现设计所需决定怎样实现设计所需的精度。的精度。1.6 EDA1.6 EDA的工程设计流程的工程设计流程 对于目标器件为对于目标器件为对于目标器件为对于目标器件为FPGAFPGAFPGAFPGA和和和和CPLDCPLDCPLDCPLD的的的的VHDL VHDL VHDL VHDL 设计，其设计，其设计，其设计，其工程设计步骤如何？工程设计步骤如何
35、？工程设计步骤如何？工程设计步骤如何？EDAEDAEDAEDA的工程设计流程为：的工程设计流程为：的工程设计流程为：的工程设计流程为： 第一第一第一第一, , , , “ “源程序的编辑和编译源程序的编辑和编译源程序的编辑和编译源程序的编辑和编译” ”用一定的用一定的用一定的用一定的逻辑表达手段将设计表达出来。逻辑表达手段将设计表达出来。逻辑表达手段将设计表达出来。逻辑表达手段将设计表达出来。 第二第二第二第二, , , , “ “逻辑综合逻辑综合逻辑综合逻辑综合” ”将用一定的逻辑表达将用一定的逻辑表达将用一定的逻辑表达将用一定的逻辑表达手段表达出来的设计，经过一系列的操作，手段表达出来的设
36、计，经过一系列的操作，手段表达出来的设计，经过一系列的操作，手段表达出来的设计，经过一系列的操作，分解成分解成分解成分解成一系列的基本逻辑电路及对应关系一系列的基本逻辑电路及对应关系一系列的基本逻辑电路及对应关系一系列的基本逻辑电路及对应关系( ( ( (电路分解电路分解电路分解电路分解) ) ) )。 第第第第三三三三，“ “目目目目标标标标器器器器件件件件的的的的布布布布线线线线/ / / /适适适适配配配配” ”在在在在选选选选定定定定的的的的目目目目标标标标器器器器件件件件中中中中建建建建立立立立这这这这些些些些基基基基本本本本逻逻逻逻辑辑辑辑电电电电路路路路及及及及对对对对应应应应关
37、关关关系系系系( ( ( (逻逻逻逻辑辑辑辑实实实实现现现现) ) ) )；第第第第四四四四，目目目目标标标标器器器器件件件件的的的的编编编编程程程程/ / / /下下下下载载载载将将将将前前前前面面面面的的的的软软软软件件件件设设设设计计计计经过编程变成具体的设计系统经过编程变成具体的设计系统经过编程变成具体的设计系统经过编程变成具体的设计系统( ( ( (物理实现物理实现物理实现物理实现) ) ) )；最最最最后后后后，硬硬硬硬件件件件仿仿仿仿真真真真/ / / /硬硬硬硬件件件件测测测测试试试试验验验验证证证证所所所所设设设设计计计计的的的的系系系系统统统统是是是是否否否否符符符符合合合
38、合设设设设计计计计要要要要求求求求。同同同同时时时时，在在在在设设设设计计计计过过过过程程程程中中中中要要要要进进进进行行行行有有有有关关关关“ “仿仿仿仿真真真真” ”模模模模拟拟拟拟有有有有关关关关设设设设计计计计结结结结果果果果与与与与设设设设计计计计构构构构想想想想是是是是否否否否相相相相符。符。符。符。 EDAEDAEDAEDA的工程设计的基本流程如图的工程设计的基本流程如图的工程设计的基本流程如图的工程设计的基本流程如图1.11.11.11.1所示。所示。所示。所示。图图1.1 EDA工程设计流程图工程设计流程图EDA的工程的工程 设计流程设计流程 设设计计过过程程中中的的仿仿真真
39、有有三三种种，它它们们是是行行为为仿真、功能仿真和时序仿真。仿真、功能仿真和时序仿真。 所所谓谓行行为为仿仿真真，就就是是将将VHDLVHDL设设计计源源程程序序直直接接送送到到VHDLVHDL仿仿真真器器中中所所进进行行的的仿仿真真。该该仿仿真真只只是是根根据据VHDLVHDL的的语语义义进进行行的的，与与具具体体电电路路没有关系。没有关系。 所所谓谓功功能能仿仿真真，就就是是将将综综合合后后的的VHDLVHDL网网表表文文件件再再送送到到VHDLVHDL仿仿真真器器中中所所进进行行的的仿仿真。真。对对VHDLVHDL描述的逻辑功能进行测试模拟。描述的逻辑功能进行测试模拟。 所所谓谓时时序序
40、仿仿真真，就就是是将将布布线线器器/ /适适配配器器所所产产生生的的VHDLVHDL网网表表文文件件送送到到VHDLVHDL仿仿真真器器中中所所进进行行的的仿仿真真。将将器器件件特特性性考考虑虑进进去去了了，仿真更精确。仿真更精确。 1.7.1 1.7.1 数字系统的设计模型数字系统的设计模型1.7 1.7 数字系统的设计数字系统的设计 数字系统指的是交互式的、以离散形式表示的具数字系统指的是交互式的、以离散形式表示的具有存储、传输、信息处理能力的逻辑子系统的集合。有存储、传输、信息处理能力的逻辑子系统的集合。 普遍采用的模型就是根据数字系统的定义，将整个系普遍采用的模型就是根据数字系统的定义
41、，将整个系统划分为两个模块或两个子系统：统划分为两个模块或两个子系统：数据处理子系统和数据处理子系统和控制子系统，控制子系统，如图如图1.21.2所示。所示。图图1.2 1.2 数字系统的设计模型数字系统的设计模型 设计一个数字系统时，采用该模型的优点是：设计一个数字系统时，采用该模型的优点是：(1) (1) 使设计者面对的电路规模减小，二者可以分别使设计者面对的电路规模减小，二者可以分别设计。设计。(2) (2) 由于数字系统中控制子系统的逻辑关系比较复由于数字系统中控制子系统的逻辑关系比较复杂，将其独立划分出来后，可突出设计重点。杂，将其独立划分出来后，可突出设计重点。(3) (3) 逻辑
42、分工清楚，任务明确，这可以使电路的设逻辑分工清楚，任务明确，这可以使电路的设计，调试和故障处理都比较方便。计，调试和故障处理都比较方便。1.7.2 1.7.2 数字系统的设计方法数字系统的设计方法数字系统设计有多种方法，如模块设计法、数字系统设计有多种方法，如模块设计法、自顶向自顶向下设计法下设计法和自底向上设计法等。和自底向上设计法等。采用自顶向下的设计方法有如下优点采用自顶向下的设计方法有如下优点: : (1) (1) 自顶向下设计方法是一种模块化设计方法。自顶向下设计方法是一种模块化设计方法。对设计的描述从上到下逐步由粗略到详细，符合常规对设计的描述从上到下逐步由粗略到详细，符合常规的逻
43、辑思维习惯。由于高层设计同器件无关，设计易的逻辑思维习惯。由于高层设计同器件无关，设计易于在各种可编程器件之间移植。于在各种可编程器件之间移植。 (2) (2) 适合多个设计者同时进行设计。适合多个设计者同时进行设计。1.7.3 1.7.3 数字系统的设计步骤数字系统的设计步骤 1 1系统任务分析系统任务分析2 2确定逻辑算法确定逻辑算法3 3建立系统及子系统模型建立系统及子系统模型4 4系统系统( (或模块或模块) )逻辑描述逻辑描述5 5逻辑电路级设计及系统仿真逻辑电路级设计及系统仿真6 6系统的物理实现系统的物理实现 根据利用EDA技术所开发的产品的最终主要硬件构成来分，EDA技术的应用
44、发展常表现为如下几种形式：1、CPLD/FPGA系统：使用EDA技术开发CPLD/FPGA，使自行开发的CPLD/FPGA作为电子系统、控制系统、信息处理系统的主体。1.8 1.8 EDAEDA技术的应用形式技术的应用形式 2 2、“CPLD/FPGA+MCUCPLD/FPGA+MCU”系统：系统：使用使用EDAEDA技术技术与单片机相接结合，使自行开发的与单片机相接结合，使自行开发的CPLD CPLD / FPGA+MCU / FPGA+MCU 作为电子系统、控制系统、作为电子系统、控制系统、信息处理系统的主体。信息处理系统的主体。3 3、“CPLD/FPGA+CPLD/FPGA+专用专用DSPDSP处理器处理器”系统：系统：将将EDAEDA技术与技术与DSPDSP专用处理器配合使用，专用处理器配合使用，使自行开发的使自行开发的“CPLD/FPGA+CPLD/FPGA+专用专用DSPDSP处理处理器器”，构成一个数字信号处理系统的整，构成一个数字信号处理系统的整体。体。
