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数字系统设计与EDA技术 第1章 绪 论

第1章 绪 论 * 第一章 绪论 * 本章要点 ??????数字系统的相关概念 ??????数字系统的设计方法 ? EDA技术的发展趋势 输入信号 输出信号 状态信号 控制信号 输出电路 控制信号 输入数据 输入电路 数字处理电路 时基电路 控制电路 状态信号 输出数据 1.1 数字系统 1.1.1 数字系统的组成 1、 数字系统通常由输入电路、输出电路、控制电路、 数字处理器和时基电路组成 。 2、 数字系统的基本结构模型如图1-1所示。 (1)输入电路可以由传感器、A/D(模拟/数字)转换器 组成,将外界的模拟量转化成数字量形成数字信号或数据,提供给控制电路和数字处理电路。 (2)输出电路可以由执行机构或显示电路组成。 (3)控制电路的功能是负责规定算法的执行步骤,在进行一个计算步骤时,给数字处理电路发出命令信号,同时接收来自数字处理电路的状态信号,确定下一个计算步骤,以确保算法按正确的次序实现。 (4)数字处理电路由存储部件和逻辑电路组成。 (5)时基电路主要由石英振荡器和分频电路组成,能够产生各种时钟信号,保证整个系统协调工作。 1.1.2 数字系统设计方法 计算机技术的发展,带来了一种高层次的设计方法,也称为系统级的设计方法,是从系统总体出发来描述和设计的自顶向下方法。 自顶向下(Top to Down)的设计方法是在顶层设计中,把整个系统看成是包含输入输出端口的单个模块,从整个系统的功能出发,按一定原则,将系统分成若干个子系统,再将每个子系统分成若干个功能模块,进而将每个模块分成若干个小的模块……。这样将系统划分为多个子功能模块,并对每个模块进行行为描述,在行为级进行验证。 系统设计的首要任务是对其功能进行正确划分,是把总体任务划分成若干分任务的过程。 子系统划分的依据是: (1)对所要解决的总体任务是否已全部清楚地描述出来。 (2)对所要解决的问题是否有更清楚更简单的描述。 (3)各子系统所承担的分任务是否清楚、明确,是否有更清楚的划分方式。 (4)各子系统之间的相互关系是否明确,它们之间的控制关系是怎样的。 (5)控制部件与被控制部件是否清楚、明确,它们之间的控制关系是怎样的。 子系统的划分完成后,要对各个子系统进行模块分割,模块分割最能体现设计者的思想,分割合适与否,对系统设计的方便性有着至关重要的影响。 对模块分割的一般要求为: (1)各模块之间的逻辑关系明确。 (2)各模块内部逻辑功能集中,且易于实现。 (3)各模块之间的接口线尽量少。 1.1.3 数字系统设计流程 数字系统设计可以分为系统级设计和逻辑级设计两个阶段,先进行系统级设计,再进行逻辑级设计。 1.系统级设计的过程 (1)明确设计要求,确定系统的输入/输出 (2)确定整体设计方案 (3)描述系统功能并设计算法 2.逻辑级设计的过程 (1)根据算法选择电路结构 (2)设计验证(仿真、测试)和设计实现 1.2 EDA技术 EDA( Electronic Design Automation)技术就是电子设计自动化,用EDA技术设计数字系统的实质是一种自顶向下的分层设计方法。在每一层次上,都有描述、划分、综合和验证四种类型的工作。 1.2.1 EDA技术发展历史 EDA技术的发展历史可分为以下四个阶段: (1)计算机辅助设计(CAD) (2)计算机辅助工程设计(CAED) (3)电子设计自动化(EDA) (4) 可编程片上系统(SOPC)开发 1.2.2 EDA技术特点 与手工设计相比EDA技术有如下特点: (1)采用自顶向下设计方案 (2)应用硬件描述语言(HDL)描述设计 (3)能够自动完成仿真和测试 (4)开发技术的标准化和规范化 (5)对工程技术人员的硬件知识和经验要求低 1.3 EDA技术的主要内容 1.3.1 硬件描述语言 硬件描述语言(HDL)是各种描述方法中最能体现EDA优越性的描述方法。所谓硬件描述语言,实际就是一个描述工具,其描述的对象就是待设计电路系统的逻辑功能、实现该功能的算法、选用的电路结构以及其他各种约束条件等。通常要求HDL既能描述系统的行为,又能描述系统的结构。 目前主要有以下两种HDL语言:Verilog-HDL和VHDL 1.3.2 可编程逻辑器件 可编程逻辑器件(简称PLD)是一种由用户编程来实现某种逻辑功能的新型逻辑器件。它不仅速度快、集成度高,能够完成用户定义的逻辑功能外,还可以加密和重新定义编程,其允许编程

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