EDA技术与实践徐飞编著教案分析.ppt

EDA技术与实践 清华大学出版社 第1章 概述 1.1 EDA技术简介 一、EDA技术主要内容 PCB（印制电路板）设计 IC（集成电路）设计 FPGA/CPLD应用设计 一、EDA技术主要内容 一、EDA技术主要内容 一、EDA技术主要内容 ● 所设计的系统可现场编程，在线升级； ● 提供开放性和标准化的操作环境，可实现资源共享，设计的移植； ● 采用平面规划技术，可对逻辑综合和物理版图设计进行联合管理； ● 带有嵌入IP（Intellectual Property）核的ASIC（Application Specific Integrated Circuit）设计，提供软、硬件协同设计工具； ● 支持多人的并行设计，适合团队协作，分工设计。 一、EDA技术主要内容 1、EDA发展进程 2、EDA发展趋势 可编程器件：集成度更高，规模更大、速度更快； EDA软件：在仿真和设计两方面的功能更强大。自动化和智能化程度更高。 硬件描述语言：系统级、行为验证级硬件描述语言的出现，使复杂电子系统的设计和验证趋于简单 设计技术表现：FPGA+MCU、 FPGA+专用DSP SOPC、SOC、FPGA+IP核 （1） VHDL产生背景 传统数字电路设计方法不适合设计大规模的系统。工程师不容易理解原理图设计的功能； 众多软件公司开发研制了具有自己特色的电路硬件描述语言存在着很大的差异； 硬件设计工程师需要一种强大的、标准化的硬件描述语言，作为可相互交流的设计环境。 ◆运行的基础 计算机语言是在CPU＋RAM构建的平台上运行 VHDL设计的结果是由具体的逻辑、触发器组成的数字电路 ◆执行方式 计算机语言基本上以串行的方式执行，时钟节拍逐条顺序执行 VHDL在总体上是以并行方式工作 ◆验证方式 计算机语言主要关注于变量值的变化 VHDL要实现严格的时序逻辑关系 一、可编程器件简介 PLD（Programmable Logic Device） 特点 ●集成度高、速度快、可靠性好 ●产品灵活、简化硬件电路 ●开发周期短、投资风险小、产品上市速度快 ●市场适应能力强、硬件修改升级方便。 应用 ●上至高性能的CPU、下至简单的逻辑门电路 ●通信、数据处理、网络、仪器 ●工业控制、军事航空等领域 3、按基本结构 分割准则 系统的可观测性 同步和异步电路 最优化设计 系统设计的艺术 系统任务分析 确定逻辑算法 建立系统及子系统模型 系统或模块逻辑描述 逻辑电路级设计及系统仿真 系统的物理实现 EDA技术主要内容：硬件描述语言、开发工具软件、可编程逻辑器件 常用硬件描述语言：VHDL和Verilog HDL EDA工具软件：Altera公司的Quartus Ⅱ、Xilinx公司的ISE和Lattice公司的ispEXPERT；第三方EDA工具软件：主要有Model公司的仿真工具Modelsim和Synplicity公司的综合工具Synplify/Synplify Pro。 简单PLD：主要由输入电路、与阵列、或阵列和输出电路组成，采用“积之和”形式实现简单逻辑功能。 CPLD：大多采用E2CMOS工艺制作，主要由可编程逻辑宏单元、可编程I／O单元和可编程内部连线组成，可完成较为复杂、较高速度的逻辑功能电路。 FPGA：一般采用SRAM工艺制作，主要由可编程逻辑阵列块（LAB）、可编程I／O单元、嵌入式阵列块（EAB）和可编程内部连线阵列组成，可完成高速、复杂的时序逻辑电路设计。 FPGA和CPLD都是大规模集成电路，具有集成度高、速度快、功耗低、可靠性高等优点，其产品灵活性好，维护、更新方便，逐步成为复杂数字硬件电路设计的理想首选。 基于可编程器件实现的，利用EDA技术的层次化设计已成为现代数字系统设计的主流。 网络资源 /bbs 五、 数字系统设计准则 六、 数字系统设计步骤 本章小结 LE动态算术模式：适用于时序逻辑的实现 LE的结构与原理 六、FPGA结构与工作原理 1、LAB的结构与原理 列互连线 局 部 互 连 线 LE2 LE1 LE3 LE10 ┇ ┇ 局 部 互 连 线 LE1 LE2 LE10 ┇ ┇ 列互连线 行互连线 专用LE控制信号 LUT链与寄存器链 相邻LAB直接互连线 相邻LAB直接互连线 LAB内部反馈线 六、FPGA结构与工作原理 2、可编程I/O单元 IO单元结构图示意图 内部逻辑电路 D Q D Q Q D 输出使能触发器 输出触发器 输入触发器 输入缓冲器 输出缓冲器 输出三态 六、FPGA结构与工作原