大学毕业论文—eda技术.doc

第1章 EDA技术 随着大规模集成电路技术和计算机技术的不断发展，在涉及通信、国防、航天、医学、工业自动化、计算机应用、仪器仪表等领域的电子系统设计工作中，EDA技术的含量正以惊人的速度上升，电子类高新技术项目的开发也更加依赖于EDA技术的应用。即使是普通的电子产品的开发，EDA技术常常使一些原来的技术瓶颈得以轻松突破，从而使产品的开发周期大为缩短、性能价格比大幅提高。不言而喻，EDA技术将迅速成为电子设计领域中的极其重要的组成部分。 1.1 EDA技术的含义及特点 EDA（Electronic Design Automation，电子系统设计自动化）技术是20世纪90年代初从CAD（计算机辅助设计），CAM（计算机辅助制造），CAT（计算机辅助测试）和CAE（计算机辅助工程）的概念发展而来的。现代EDA技术就是以计算机为工具，在EDA软件平台上，根据硬件描述语言HDL完成的设计文件，能自动地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、逻辑映射和编程下载等工作。设计者的工作仅限于利用软件的方式来完成对系统硬件功能的描述，在EDA工具的帮助下和应用相应的FPGA/CPLD器件，就可以得到最后的设计结果。尽管目标系统是硬件，但整个设计和修改过程如同完成软件设计一样方便和高效。[3] 可见，利用EDA技术进行电子系统的设计具有以下几个特点：一是用软件的方式设计硬件；二是用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关的开发软件自动完成的；三是采用自顶向下（top--down）的设计方法；四是设计过程中可用有关软件进行各种仿真；五是系统可现场编程，在线升级；六是整个系统可集成在一个芯片上，体积小、功耗低、可靠性高。因此，EDA代表了当今电子设计技术的必威体育精装版发展方向。 EDA技术的主要内容 EDA技术涉及面很广，内容丰富，从教学和实用的角度看，主要应掌握如下个4个方面的内容：一是大规模可编程逻辑器件；二是硬件描述语言；三是软件开发工具；四是实验开发系统。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。 1.3 FPGA、VHDL语言 FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。 FPGA采用了逻辑单元阵列（LOA，Logic Cell Array）这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块（CLB，Configurable Logic Block）、输入输出模块（IOB，Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。FPGA的基本特点主要有： 　　（1）采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生产就能得到合用的芯片； 　　（2）FPGA可做其他全定制或半定制ASIC电路的试样片： 　　（3）FPGA内部有丰富的触发器和I／O引脚； 　　（4）FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一； 　　（5）FPGA采用高速CMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。 　　可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度和可靠性的最佳选择之一。 目前FPGA的品种很多，有XILINX的xc系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司的FIEX系列等。 VHDL于1983年有美国国防部（DOD）发起创建，由IEEE进一步发展并在1987年作为“IEEE标准1076”发布。从此，VHDL成为硬件描述语言的业界标准之一。VHDL作为一个规范语言和建模语言，随着VHDL的标准化，出现了一些支持该语言的行为仿真器。由于创建VHDL的最初目标是用于标准文档的建立和电路功能模拟，其基本想法是在高层次上描述系统和元件的行为。但到了20世纪90年代初，人们发现，VHDL不仅可以作为系统模拟的建模工具，而且可以作为电路系统的设计工具，可以利用软件工具将VHDL源码自动地转化为文本方式表达的基本逻辑元件连接图，即网表文件。这种方法显然对于电路自动设计师一个极大的推进。很快，电子设计领域出现了第一个软件设计工具，即VHDL逻辑综合器，它把标准VHDL的部分语句描述转化为具体电路实现的网表文件。 VHDL具有与具体硬件电路无关和与设计