EDA概述
EDA概述
20世纪 年代 世纪80年代 世纪 年代CAE（Computer Assist Engineering Design）阶段 （ ）
集成电路设计进入了CMOS时代。可编程逻辑器件(PAL和GAL)已进入商业 时代。可编程逻辑器件 集成电路设计进入了 时代 和 已进入商业 应用， 年代初期 年代初期EDA工具以逻辑模拟、定时分析、故障仿真、自动布局布线为 工具以逻辑模拟、 应用，80年代初期 工具以逻辑模拟 定时分析、故障仿真、 核心，解决设计未完成前的功能检验等问题； 年代后期 可以实现逻辑设计、 年代后期， 核心，解决设计未完成前的功能检验等问题； 80年代后期，可以实现逻辑设计、 逻辑仿真、布尔方程综合和优化和设计结果验证等。 逻辑仿真、布尔方程综合和优化和设计结果验证等。
1.4 EDA工具发展趋势 工具发展趋势
设计输入工具的发展趋势 原理图的输入 硬件描述语言
具有混合信号处理能力的EDA工具 工具 具有混合信号处理能力的 数字信号处理、专用集成电路宏单元、数模变换和模 数变换模块、各种压控振荡器在内的混合系统； 数变换模块、各种压控振荡器在内的混合系统； 开发更为有效的仿真工具 建立合理的仿真算法； 建立合理的仿真算法；在系统级仿真中系统级模型的建模和电路级仿 真中电路级模型的建模； 真中电路级模型的建模； 开发更为理想的设计综合工具 可以实现设计前端的综合直至设计后端的版图综合以及测试综合的理 想且完整的综合工具。 想且完整的综合工具。
1.3 EDA开发工具 开发工具
开发软件 Xilinx：Foundation , ISE (Integrated System Configuration) ： Alteral： MAX＋PLUSⅡ, Quartus ： ＋ Ⅱ Model Tech：ModelSim ： Altium：Altium Designer ： 开发板 Nanoboard NB1: 提供的基于 的开发板， 是Altium提供的基于 提供的基于FPGA的开发板，可实现系统设计交换式运行， 的开发板 可实现系统设计交换式运行， 集成虚拟仪器和边界扫描技术，并可观察 内部信号。 集成虚拟仪器和边界扫描技术，并可观察FPGA内部信号。 内部信号 硬件开发语言 HDL: VHDL，Verilog HDL ，
EDA技术概述
20世纪90年代，随着硬件描述语言的标
准化得到进一步的确立，计算机辅助工程、 辅助分析和辅助设计在电子技术领域获得 更加广泛的应用。
EDA技术在进入21世纪后，得到了更大 的发展： 电子设计成果自主知识产权； 仿真和设计EDA软件不断推出； 电子技术全方位纳入EDA领域传统设计 建模理念发生重大变化； EDA使得电子领域各学科的界限更加模 糊更加互为包容； 更大规模的FPGA和CPLD器件的不断推 出；
作用：设计师用HDL描绘出硬件的结 构或硬件的行为，再用设计工具将这 些描述综合成与半导体工艺有关的硬 件配置文件。实际上，HDL是用来表 达设计意图的。
硬件描述语言HDL是EDA技术的重要组成 部分，常见的HDL有下列几种： •VHDL
VHDL的英文全名是 •Verilog HDL VHSIC（Very high speed integrated circuit) Hardware •System Verilog Description Language，于 1983年由美国国防部发起创 •Sytem C 建，由IEEE时一步发展并在 1987年作为“IEEE标准1076” 发布。
图1-32 FPGA查找表单元：
输入1 输入2 输入3 输入4
查找表 LUT
输出
图1-33 FPGA查找表单元内部结构
输入A
0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1
A1 A1 A0 A 0 与阵列（固定）
F1
F0
A0 A 0 A1 A1 与阵列（固定）
F1
F0
1.1.3.4 CPLD结构与工作原理 CPLD可分为三块结构：宏单元 （Marocell)，可编程连线（PIA)和I/O 控制块。 宏单元是PLD的基本结构，由 它来实现基本的逻辑功能。每个宏单元 含有一个可编程的与阵列和固定的或阵 列，以及一个可配置寄存器。每个宏单 元的共享扩展乘积项和高速并联扩展乘 积项。可编程连线负责信号传递，连接 所有的宏单元。
EDA概述
第一章EDA概述1.1EDA技术的涵义一、EDA技术的涵义EDA（Electronic Design Automation）即电子设计自动化是指利用计算机完成电子系统的设计。
二、 EDA技术的分类EDA技术分：广义的EDA技术和狭义的EDA技术广义的EDA技术是指以计算机和微电子技术为先导，汇集了计算机图形学、数据库管理、图论和拓扑逻辑、编译原理、微电子工艺与结构学和计算数学等多种计算机应用学科最新成果的先进技术。
狭义的EDA技术是指以大规模可编程逻辑器件为载体，以硬件描述语言HDL为系统逻辑的主要表达方式，借助功能强大的计算机，在EDA 工具软件平台上，对用HDL描述完成的设计文件，自动完成用软件方式设计的电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑简化、逻辑分割、逻辑综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真，直至对特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片ASIC（Application Specific Integrated Circuits）的一门新技术。
本书中提到的EDA技术指的是狭义的EDA技术。
1.2EDA技术的发展历史EDA技术的发展，大致经历了三个发展阶段：1.计算机辅助设计CAD 2.计算机辅助工程设计CAE 3.电子设计自动化EDA1.3 EDA技术的基本特征EDA技术的基本特征主要包括：1.EDA技术采用自顶向下的设计方法2.EDA技术的设计语言是硬件描述语言3.EDA技术具有逻辑综合和优化的功能4.EDA技术采用开放性和标准化的软件框架1.4 EDA的主要内容EDA技术主要这几方面的内容： 1．可编程逻辑器件2．硬件描述语言3．软件开发工具1.可编程逻辑器件可编程逻辑器件是一种由用户编程以实现某种逻辑功能的新型件。
可编程逻辑器件也称为可编程ASIC，它是EDA技术的物质基础。
2.硬件描述语言HDL语言是EDA技术的重要组成部分，它是一种用于描述硬件电子系统的计算机语言，它用软件编程的方式来描述电子系统的逻辑功能、电路结构和连接形式。
EDA概述
PCB设计平台
原理图编辑工具 网表生成工具 布局布线工具 规则检查工具 电磁兼容分析工具 热分析工具
半导体厂IC产品
可编程ASIC产品
制版厂PCB产品
电子系统整机设计、制造用户最终产品
EDA设计方法
• • • • • • • • • • • • 明确功能 确定方案 系统划分 算法设计 高层次系统描述 编译器 中间数据格式 综合器 门级网表文件 适配器 编程文件 P • • 1、标识符。一般有以下规则： （1）有效字符：英文字母、数字和下划线 （2）必须以英文字母开头 （3）下划线的前后必须是英文字母 （4）短标识符不分字母大小写。 VHDL 的关键词有： ABS、ACCESS、AFTER、ALIAS、ALL、AND、 ARCHITECTURE、ARRAY、ASSERT、BEGIN、 BLOCK、BODY、BUFFER、BUS、CASE、 DOWNTO、 ELSE、END、ENTITY、EXIT、IN、NAND、NEW、 NEXT、OR、XOR、----------
FOR OTHERS：元件名 USE ENTITY WORK. 实体名（结构体名）； FOR ALL：元件名 USE ENTITY WORK . 实体名（结构体名）；
如果没有指定实体所对应的结构体，则默认最新编译的结构 体与实体连接。
4、程序包
• 程序包是一个可以单独编译的单元，在其中可以定义一些 公用数据类型、常量、子程序和元件等，作用与C语言的 H文件类似。在VHDL编译系统中有许多标准的程序包， 用户也可自己编写程序包。一个程序包有两大部分组成： 程序包说明和程序包体，基本格式为： • PACKAGE程序包 IS • [说明语句] 程序包说明 • END PACKAGE 程序包名；
关于EDA的概述
关于EDA的概述探索性数据分析（Exploratory Data Analysis，EDA）是指对收集到的数据进行初步观察、分析、总结和可视化的过程。
它是数据分析的第一步，通过这一步骤，我们可以对数据有一个整体的认识，发现数据中的模式和趋势，为下一步的建模和预测提供一定的指导。
EDA可以包括以下几个主要步骤：1.数据清理：数据清理是EDA的关键步骤之一，它涉及数据集中的缺失值、异常值、重复值等问题的处理。
缺失值是指数据集中一些变量的部分观测值缺失的情况，异常值是指数据集中与其他观测值相比具有明显差异的观测值，重复值是指数据集中出现多次的相同观测值。
通过清除这些问题数据，可以提高后续分析的准确性和可靠性。
2.描述统计分析：描述统计分析是对数据集的基本统计特征进行总结和描述的过程。
通过计算数据的均值、中位数、标准差、极值等统计指标，可以直观地了解数据的中心趋势、分散程度、数据分布形态等情况。
此外，还可以通过制作直方图、箱线图、散点图等可视化图形来展示数据的分布和关系。
3.变量关系分析：变量关系分析是研究不同变量之间关系的过程。
通过计算变量之间的相关系数、绘制散点图、矩阵图等可视化图形，可以了解变量之间的线性相关性、非线性相关性、正负相关性等情况。
进一步分析不同变量之间的关系，可以帮助我们发现变量之间的潜在模式和规律。
4.探索性可视化：探索性可视化是通过制作各种图表来呈现数据的分布、关系和趋势的过程。
常用的探索性可视化图形包括直方图、箱线图、散点图、折线图、热力图等。
这些图形可以帮助我们更好地理解数据的特征和结构，发现数据中的模式和趋势。
5.假设检验：在数据分析中，我们常常会提出一些假设，然后通过统计方法进行假设检验。
假设检验的目的是判断从样本中得到的统计结果是否支持我们所提出的假设。
在EDA中，可以使用T检验、卡方检验、方差分析等常见的假设检验方法来对数据进行验证。
6.结论总结：完成以上步骤后，我们可以对数据进行总结和结论。
电路与电子技术-电子设计自动化(eda)简介
HDL描述可以被EDA工具转换成可执行的硬件配置，从而在FPGA或ASIC上实现。
逻辑合成
01
逻辑合成是将HDL描述转换为门级网表的自动化过程
。
02
逻辑合成工具使用优化算法和库技术，将HDL代码转
换为低层次的逻辑门级描述，以便于物理实现。
成熟阶段
20世纪80年代以后，随着计算机技 术的飞速发展，EDA技术逐渐成熟， 出现了许多功能强大的EDA软件， 广泛应用于电子设计领域。
EDA技术的应用领域
集成电路设计
EDA技术广泛应用于集成电路 设计领域，包括逻辑设计、物 理设计、布线设计和可靠性分
析等环节。
电路板设计
EDA技术可以帮助设计师完成 电路板的设计、布局、布线和 仿真等任务，提高设计效率和 产品质量。
大数据分析
通过大数据技术，对电路设计过 程中的数据进行分析，挖掘设计 规律和优化方向，提高设计效率 和质量。
实时计算与仿真
利用云计算的强大计算能力，实 现电路设计的实时仿真和计算， 提高设计的实时性和准确性。
5G通信技术在EDA中的应用
远程协同设计
利用5G高速网络，实现 远程协同设计，让团队 成员在全球范围内进行 实时沟通和协作。
特点
EDA技术具有自动化、智能化、高精度和高效率等特点，能够大大提高电路和 电子系统的设计和生产效率，降低成本，缩短研发周期。
EDA技术的发展历程
初级阶段
20世纪60年代，人们开始使用计 算机辅助设计（CAD）软件进行 简单的电路原理图绘制和布局。
发展阶段
20世纪70年代，随着集成电路的 出现，EDA技术逐渐发展，出现了 电路仿真和版图自动布局布线等工 具。
EDA技术实用教程
EDA技术实用教程EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，指的是利用计算机技术和工具自动辅助设计和验证电子系统的过程。
EDA 技术的应用广泛，包括芯片设计、电路设计、电子系统设计等。
本文将介绍EDA技术的基本概念和常用工具，以及它们在电子系统设计中的应用。
1.EDA技术概述EDA技术是利用计算机技术和工具实现电子系统设计自动化的一系列技术方法。
它能够大大提高设计效率和设计质量，缩短设计周期，降低成本。
EDA技术包括模拟电路设计、数字电路设计、封装设计、布线设计等多个方面。
2.EDA常用工具常用的EDA工具包括电路仿真工具、逻辑综合工具、版图设计工具、时序分析工具、布局布线工具等。
这些工具在EDA技术中发挥着重要的作用，帮助设计人员完成不同层次的设计任务。
3.电路仿真工具电路仿真是EDA技术中最基础也是最重要的环节之一、它通过建立模型，对电路进行数学分析和计算，模拟电路的工作状态和性能。
常用的电路仿真工具有SPICE、SPECTRE等。
电路仿真工具能够帮助设计人员在设计之前评估电路的性能，并发现潜在的问题，优化设计。
4.逻辑综合工具5.版图设计工具版图设计是将逻辑电路网表进行物理布局和布线的过程。
版图设计工具可以根据约束条件自动进行版图布局和布线，生成满足电路性能和约束条件的版图。
常用的版图设计工具有ICC、Innovus等。
6.时序分析工具7.布局布线工具布局布线是指将版图中的电路元件进行布置和互连的过程。
布局布线工具可以根据电路性能和约束条件进行自动布局和布线，生成满足性能和约束的物理布局和互连。
常用的布局布线工具有Olympus、Innovus等。
8.EDA技术在电子系统设计中的应用EDA技术在电子系统设计中有着广泛的应用。
它可以帮助设计人员设计和验证复杂的电路和系统，提高设计效率和设计质量。
在芯片设计中，EDA技术可以辅助完成电路设计、逻辑综合、版图设计、布局布线等任务。
EDA的概念
一、 EDA的概念１、定义：电子（系统）设计的自动化，或电子线路或系统的计算机辅助设计。
是基于计算机平台的一整套先进的设计电子系统的软件工具。
２、研究对象：电子电路与系统设计的全过程：低频、高频、微波电路、线性与非线性电路、模拟和数字电路、分离电路和集成电路。
3、三个层次：设计的层次系统级;电路级;物理实现级。
４、EDA技术发展的三个阶段➢ CAD阶段（70s）：EDA的初级阶段。
利用功能有限的计算机进行简单的电路性能分析和预测，PCB的计算机辅助布局布线，如smart work。
➢ CAE阶段（80s）：CAD工具逐步完善和发展，将许多单点工具集成在一起使用，大大提高了效率。
如ORCAD，PROTEL, PSPICE等；aEDA阶段（90s）：超大规模集成电路时代，集成电路工艺水平达到深亚微米，一个芯片可集成上千万个晶体管，速度达giga bit/s，对电子设计的工具提出了更高的要求，同时也促进了设计工具的发展。
出现了众多的ICCAD工具，如CADENCE，MENTOR GRAPHICS，SYNOPSIS等著名公司的EDA软件；中国的熊猫系统等。
5、现代EDA 技术的特点１）采用硬件描述语言（HDL)。
具有如下突出优点：语言的公开性和可利用性、设计与工艺无关、宽范围的描述能力、便于大规模系统设计和设计的可复用、交流、保存、修改；２）高层综合和优化。
开发工具支持系统级的综合和仿真，可更好地支持自上而下的设计方法；３）并行工程。
系统化的、集成化的、并行的产品及相关过程的开发模式，支持多人同时并行进行设计工作。
４）开放性和标准化。
EDA工具的相互兼容，有利于资源共享。
6、设计方法自上而下的设计设计需要经过“设计－验证－修改－再验证”的过程。
优点：对复杂系统通盘考虑，合理划分和优化，是目前主流的设计方法。
✓正向设计：由概念到产品的设计过程，自上而下的芯片设计。
如右图所示。
✓反向设计：剖析别人已有设计，由版图得到原理图、功能和工作原理，再转入正向设计的方法。
eda技术概述
题目：基于FPGA的嵌入式车载终端的设计
vcc
FPGA GPS模块 液晶的嵌入式车载终端的设计
设计题目：基于FPGA的多功能移相式函数信号发 生器的设计
FPGA
单 片 机 IP 核 DDS 液晶显示
矩阵键盘
D/A 转换
示波器
设计题目：基于FPGA的多功能移相式函数信号发生器的设计
二、EDA设计几大部分 1、硬件描述语言（HDL:hardware description language） 常用的语言： VHLD语言 ------ 1987年作为硬件描述语言, 分为87版和93版 Verilog HDL语言 比较：VHDL系统抽象能力和功能描述能力强 Verilog HDL：更贴近硬件 教学主要讲VHDL语言
一、EDA技术的定义 狭义的定义 定义：以硬件描述语言为主要的表达方式，，以EDA 软件为开发软件，以大规模可编程器件为设计载体 的电子产品设计过程。 EDA技术的核心：利用计算机完成电子电路设计全程 自动化 EDA设计的目标：完成专用集成电路的设计（ASIC） ASIC:Application Special Integrated Circuit （有专门用途和特点功能的独立集成电路器件）
频率和相位差相等时，选择不同波形
设计题目：基于FPGA的多功能移相式函数信号发生器的设计
波形和相位差相等时，选择不同频率
波形和频率相等时，选择不同相位差
设计题目：基于FPGA的UART串行通信接口设计
设计题目：基于FPGA的UART串行通信接口设计
设计题目：基于FPGA的UART串行通信接口设计
本学期本课程的学习目标:
熟练掌握VHDL硬件描述语言的语法和语句， 熟练使用EDA软件Quartus软件 设计电子器件和电路。
电子设计自动化EDA
电子设计自动化（EDA）概述电子设计自动化（Electronic Design Automation，简称EDA）是一种利用计算机软件工具来设计和验证电子器件和系统的方法。
由于现代电子设备的复杂性和功能要求不断增加，传统的手工设计方法已经无法满足设计师们的需求。
EDA技术的发展使得电子设备的设计和验证过程更加快速、准确和可靠。
EDA的主要应用EDA技术主要应用于以下几个方面：1. 电路设计电路设计是EDA技术最早应用的领域之一。
通过EDA软件工具，设计师可以利用图形界面进行电路原理图的绘制和元件的布局。
EDA软件还可以帮助设计师进行性能分析、信号完整性分析和功耗优化等工作。
EDA技术的应用使得电路设计过程更加高效和可靠。
2. 片上系统设计片上系统（System-on-Chip，简称SoC）是现代电子设备中常见的组件，它集成了大量的电子元器件和功能模块。
EDA软件工具可以帮助设计师进行SoC的系统级设计、仿真和验证。
通过EDA技术，设计师可以在更短的时间内完成SoC 设计，提高生产效率和产品质量。
3. FPGA设计可编程逻辑门阵列（Field Programmable Gate Array，简称FPGA）是一种灵活可编程的集成电路。
EDA技术在FPGA设计中扮演着重要的角色。
设计师可以利用EDA软件工具进行FPGA的电路设计、布局和验证。
EDA技术的应用使得FPGA设计更加灵活、高效和可靠。
4. PCB设计印刷电路板（Printed Circuit Board，简称PCB）是电子设备中的重要组成部分。
EDA技术在PCB设计中发挥着关键的作用。
设计师可以通过EDA软件工具进行PCB的布线、信号完整性分析和电气规则检查等工作。
EDA技术的应用使得PCB设计过程更加高效和可靠。
EDA的工作流程EDA技术的工作流程主要包括以下几个步骤：1.需求分析和规格说明：在设计开始之前，设计师需要进行需求分析和规格说明，明确设计目标和功能要求。
电子设计自动化EDA
可测试性设计
EDA技术可以帮助设计师进行 可测试性设计，提高产品的可
测试性和可靠性。
02
EDA工具分类与功能
硬件描述语言（HDL）工具
总结词
用于描述数字电路和系统的行为和结构。
详细描述
HDL工具包括Verilog和VHDL等，用于描述数字电路和系统的行为和结构。这 些工具支持逻辑设计、模拟、验证等功能，是电子设计过程中不可或缺的一部 分。
05
EDA发展趋势与未来展望
AI与机器学习在EDA中的应用
自动化设计优化
利用机器学习算法对电路设计进行自动优化， 提高设计的性能和可靠性。
智能物理设计
通过机器学习技术实现物理设计的自动化， 提高设计的效率和质量。
自动化布线
利用机器学习技术实现布线的自动化，提高 布线的准确性和效率。
自动化测试
通过机器学习技术实现测试的自动化，提高 测试的准确性和效率。
特点
EDA技术具有自动化程度高、设计灵 活、精度高、可重复性好等优点，能 够大大提高设计效率，缩短产品上市 时间。
EDA技术的发展历程
起源
20世纪60年代，随着集成电路的出现， 人们开始使用计算机辅助设计工具进 行电子系统设计。
发展
现状
目前，EDA技术已经成为电子系统设 计不可或缺的重要工具，广泛应用于 集成电路、印刷电路板、系统级等多 个领域。
云计算与高性能计算在EDA中的应用
01
云计算资源共享
02
高性能计算加速
03
云端协同设计
通过云计算技术实现EDA资源的 共享，提高资源的利用率和效率。
利用高性能计算技术加速EDA的 计算过程，提高设计的速度和效 率。
EDA技术的基础知识
EDA技术的基础知识目录一、EDA技术概述 (2)1. EDA技术定义与发展历程 (3)2. EDA技术应用领域及重要性 (4)二、EDA工具软件介绍 (5)1. EDA软件分类与特点 (6)2. 常用EDA软件工具及其功能介绍 (8)三、数字电路设计基础 (9)1. 数字电路概述及特点 (11)2. 数字电路基本原理与器件类型 (12)3. 数字逻辑代数及逻辑设计基础 (14)四、模拟电路设计基础 (15)1. 模拟电路概述及特点 (17)2. 模拟电路基本原理与器件参数分析 (18)3. 模拟电路设计与仿真分析 (19)五、EDA设计流程与实现方法 (20)1. 设计需求分析 (22)2. 设计原理框图与功能验证 (23)3. 逻辑设计与仿真验证 (24)4. 物理设计与布局布线优化 (26)5. 测试验证与可靠性分析 (27)六、EDA技术中的关键概念与技术点解析 (28)1. 原理图输入与混合信号仿真技术解析 (29)2. 布局布线优化算法与技巧探讨 (30)3. 自动化测试生成与验证技术介绍 (32)4. EDA设计中的知识产权保护问题探讨等）进一步深入介绍不同章节内容34七、设计流程详细解析 (36)一、EDA技术概述EDA技术，即电子设计自动化（Electronic Design Automation），是电子工程领域的一门重要技术。
它利用计算机辅助设计（CAD）软件，来完成超大规模集成电路（VLSI）芯片的功能设计、综合、验证、物理设计等一系列流程。
EDA技术能够大大提高电子设计的效率和可靠性，降低设计成本，缩短产品上市时间。
随着半导体技术的飞速发展，集成电路（IC）的设计越来越复杂，传统的硬件描述语言（如Verilog HDL和VHDL）已经无法满足设计需求。
EDA技术应运而生，成为电子设计领域的重要工具。
EDA技术涵盖了数字电路设计和模拟电路设计两个方面。
数字电路设计主要关注逻辑电路的设计和实现，包括组合逻辑电路、时序逻辑电路等。
EDA技术数字电子技术的应用
EDA技术数字电子技术的应用建筑专家视角下EDA技术数字电子技术的应用提纲：1. EDA技术概述和介绍2. EDA技术在数字电子技术中的应用3. EDA软件在建筑计划设计中的应用4. EDA技术在建筑时序控制中的应用5. EDA技术在建筑电气系统中的应用1. EDA技术概述和介绍EDA是Electronic Design Automation的缩写，即电子设计自动化，是指高科技产品中的电路设计，以及在这些产品的开发、制造和测试过程中使用的计算机程序和工具。
EDA技术的目的是通过使用计算机工具来提高电子设计的效率和质量，同时可以减少设计者的工作量和材料损失。
标准EDA工具包括数字电路设计、模拟电路设计和射频电路设计工具，涉及了从IC和芯片设计到模拟和数字信号处理应用的所有领域。
2. EDA技术在数字电子技术中的应用EDA技术对数字电子技术的应用主要包括以下四个方面：1）系统设计：EDA软件可以帮助系统设计者模拟系统所需的阻抗、电容和电感，并在所有成分被添加到电路板之前检查所有的电线和元器件，以确保系统正常工作。
EDA还可以提供三维建模和可视化，使创意展现的更清晰。
2） PCB设计：EDA软件可以在PCB上完成布线前预测估算和分析，这可以减少时间和纸面工作量。
EDA软件工具可以在设计过程中确保所有电路符合ISO、IPC和ANSI标准，并遵循UL可靠性指南。
3）FPGA设计：EDA技术使FPGA设计变得更加迅速和高效，它可以将设计者从底层细节中解脱出来，自动操纵、分析和优化硬件，从而消除了多数传统硬件设计方法的瓶颈。
EDA还可以将模拟和数字信号处理功能转换为硬件，即使在设计过程中有许多更改也可以保证设计的一致性。
4）芯片设计：EDA技术在芯片设计中的主要工作是芯片架构设计和布局结果，电源分析，特定电气属性分析和测试。
EDA软件可以通过一些专业的算法来引导设计或自动放置元器件和布线。
3. EDA软件在建筑计划设计中的应用EDA软件可以协助建筑师和设计师制定建筑计划设计方案，其中应用特定的EDA软件来扩大建筑设计的范围。
eda概述
EDA技术与数字系统设计
15
第1章 绪论
1. Altera公司的开发工具
Altera公司开发的集成工具已经历了四代产
品，分别为:
● 第一代的A+Plus
● 第二代的MAX+Plus
● 第三代的MAX+PlusⅡ
● 第四代的QuartusⅡ
EDA技术与数字系统设计
16
第1章 绪论
1. Altera公司的开发工具
EDA技术与数字系统设计
6
第1章 绪论
1.1.2 EDA技术的发展和展望
EDA技术是现代电子设计的核心。它的发展
以计算机科学、微电子技术的发展为基础，并融
合了应用电子技术、智能技术及计算机图形学、
拓扑学、计算数学等众多学科的最新成果，现已 成为现代电子设计的主要技术手段，无论是电子 系统的设计还是集成芯片的设计，都需要EDA技 术的支持，否则将难以完成。
④
基于FPGA实现的现代DSP系统
采用SOPC技术、EDA技术和FPGA，来实现现代 DSP系统。
EDA技术与数字系统设计
13
第1章 绪论
2. EDA技术的展望
EDA技术的发展将表现在以下几种形式： ⑤ 基于FPGA实现片上系统（SOC） 使用超大规模的FPGA进行EDA开发，来实现能完 成复杂功能、含有一个或多个嵌入式CPU或DSP的单 一芯片系统。 ⑥ 基于CPLD/FPGA实现的嵌入式系统 采用EDA技术和SOPC技术，使用CPLD/FPGA来实 现内含嵌入式处理器，能满足对象系统要求的特殊 功能，能嵌入到主系统的专用计算机应用系统。
仿真工具ModelSim等。
EDA技术与数字系统设计
21
第1章 绪论
EDA技术概述
1.1 EDA技术的发展概况 1.2 可编程逻辑器件概述 1.3 可编程逻辑器件的设计 1.4 EDA的应用及发展趋势
1.1 EDA技术的发展概况
1.1.1 EDA的概念和发展历史 1.1.2 PLD的发展概况
1.1.1 EDA的概念和发展历史
广义EDA技术指的是以计算机硬件和系统 软件为基本工作平台，继承和借鉴前人在电 路和系统、数据库、图形学、图论和拓扑逻 辑、计算数学、优化理论等多学科的最新科 技成果而研制的商品化EDA通用支撑软件和应 用软件包，旨在帮助电子设计工程师在计算 机上完成电路的功能设计、逻辑设计、性能 分析、时序测试及PCB（印刷电路板）的自动 设计。
回顾近40年电子设计技术的发展历程， 可将EDA技术分为3个阶段。
1．20世纪70年代的计算机辅助设计（ CAD）阶段
2．20世纪80年代的计算机辅助工程设计 （Computer Aided Engineering，CAE）阶段
3．20世纪90年代电子工程设计师 开发产品的全过程，以及电子产品生产过程中期 望由计算机提供的各种辅助功能。
狭义EDA技术是以大规模可编程逻辑器件为 设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主 要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件 的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有 关的开发软件，自动完成用软件的方法设计电子 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、逻辑布局布线、逻辑仿真， 直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、 编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用 集成芯片的一门新技术。
EDA技术概述
2．EDA技术的历史 ▪ 以计算机科学、微电子技术的发展为基础 ▪ 汇集了计算机图形学、拓扑学和计算数学等学科的最新成果
3个发展阶段
（1）CAD（Computer-Aided Design）阶段（1964~1978）
➢ “上帝时代” ➢ 最早的EDA技术：电路模拟、逻辑模拟、MOS同步和模拟、
PCB布局、线路布线和标准电池等技术 ➢ 只能进行PCB板布局布线和简单版图绘制
➢ 优化：采用优化算法，将设计简化，去除冗余项，提高系统运行 速度。
（3）并行工程
➢ 定义：一种系统化的、集成化的、并行的产品及相关过程（指制 造和维护）的开发模式。
➢ 现代EDA工具建立了并行工程框架结构的开发环境，支持多人同
时并行进行设计。
一种软件平台结构
（4）开放性和标准化
➢ 开放性： EDA工具只要具有符合标准的开放式框架结构，就可 以接纳其他厂商的EDA工具一起进行设计——资源共享
3
（2）CAE（Computer-Aided Engineering）阶段（1978~1997）
➢ “英雄时代” ➢ 电子CAD工具逐步完善，单点工具集成化 ➢ 并从技术上向CAE过渡：诞生了先进的布局和布线、逻辑综合、
HDL语言、模拟加速器和仿真器以及高级综合等技术
（3）EDA阶段（1993~现在）
7
5．EDA技术发展的现状
▪ EDA技术在进入21世纪后，得到了更大的发展，突出表现在以下几 个方面： ➢ 使电子设计成果以自主知识产权的方式得以明确表达和确认成 为可能； ➢ 在设计和仿真两方面支持标准硬件描述语言的功能强大的EDA 软件不断推出。 ➢ 电子技术全方位纳入EDA领域； ➢ EDA使得电子领域各学科的界限更加模糊，更加互为包容； ➢ 更大规模的FPGA和CPLD器件不断推出； ➢ 基于EDA工具的ASIC设计标准单元已涵盖大规模电子系统及IP 核模块； ➢ 软硬件IP核在电子行业的产业领域、技术领域和设计应用领域 得到进一步确认； ➢ SoC高效低成本设计技术的成熟。
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11:08 9 YF
EDA技术实现目标
作为EDA技术最终实现目标的ASIC，通过三种 途径来完成 途径来完成：
34
YF
传统的硬件设计流程
以六进制计数器为例 逻辑设计：状态转移图，真值表 逻辑设计 状态转移图 真值表 选择逻辑元、器件 择 辑元 件 触发器状态变化表 选择能买到的逻辑器件 仿真和调试在硬件完成后才能进行 主要使用电原理图（逻辑单元和器件相互连接 的关系图） 自下至上的设计方法
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EPLD器件（ Erasable Programmable Logic Device ） 可擦除可编程逻辑器件 CPLD器件（Complex Programmable Logic Device) 复 杂可编程逻辑器件 FPGA器件（Field Programmable Gates Array）现场可 编程门阵列 随着技术的发展在20世纪80年代Altera公司和Xilinx公 司分别推出了CPLD/FPGA 应用不同公司的器件,需要使用相应的开发环境
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Altera 公司器件简介
FLEX 10K （FPGA） MAX7000 （CPLD） CYCLONE （FPGA） MAX II （CPLD） STRATIX （FPGA）
SRAM EEPROM SRAM EEPROM SRAM
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专用集成电路 74LS00
EDA技术实现的载体
超大规模可编程逻辑器件 半定制或全定制ASIC 混合ASIC
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数字系统的设计方法
数字逻辑器件正从通用集成电路向专用集成电 路过渡。 专用集成电路ASIC （Application Specific Integrated Circuit ） 专用集成电路分全定制和半定制
A0 A 0 A1 A 1 与阵列（可编程）
F1
F0
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PROM
用PROM完成半加器逻辑阵列
A1 A0 或阵列 （可编程）
A0 A 0 A1 A 1 与阵列（固定）
F1
F0
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F 0 A 0 A1 A 0 A1 F 1 A1 A 0
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CPLD
来自 PIA的 36个信号
管脚定义、特性（CMOS、TTL） 芯片封装 （直插、贴片） （直插 贴片） 芯片逻辑功能 内部电路
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可编程逻辑器件
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可编程逻辑器件
芯片主要组成
通用IO （由编程定义其输入输出信号状态） 专用IO
电源 地（提供芯片工作电压） 电源、地（提供芯片工作电压）
– VCCINT、VCCIO
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EDA的含义 以计算机为工作平台 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， 以可编程器件为实验载体， 以ASIC、SOC芯片为目标器件， 以电子系统设计为应用方向 以电子系统设计为应用方向。
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EDA技术 在硬件实现方面融合了： 大规模集成电路制造技术 IC版图设计技术 ASIC测试和封装技术 FPGA/CPLD编程下载技术 在现代 子学方面容纳了 在现代电子学方面容纳了： 电子线路设计理论 数字信号处理技术 数字系统建模技术
EDA技术：就是以计算机为工具，在EDA软件开发 平台上 对硬件逻辑描述的设计文件自动的进行编 平台上，对硬件逻辑描述的设计文件自动的进行编 译、优化、布局布线、仿真，直到完成对特定芯片 的适配编译以及编程下载等一整套过程。 明确一点：EDA是一个很宽泛的概念，我们讲的是 基于可编程逻辑器件的EDA技术
参考书籍
课程名称：电子设计自动化（EDA技术） 教师：杨霏
Email：yangsher@
参考教材： 参考教材
《数字系统设计与VHDL》 电 电子工业出版社 版 《VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计》 西安电子科技大学出版社 《VHDL程序设计》 清华大学出版社
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重点学习的内容 1、大规模可编程逻辑器件（载体） 2、软件开发工具（所谓自动化的设计工具） 3、硬件描述语言（表达手段） 硬件描述语言（表达手段） 4、结合课题完成设计
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硬件设计的发展趋势 模拟 数字 分离元件 数字集成电路 电子管 晶体管 小规模集成电路 中规模集成电路 大规模集成电路 超大规模集成电路 微处理器 存储器 标准逻辑电路 微处理器、存储器、标准逻辑电路 AD DA转换系统
EDA技术 ASIC设计
门阵列 （MPGA）； 标准单元 （CBIC）； 全定制； （FCIC）； ASIC设计
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FPGA/CPLD 可编程ASIC 设计
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混合 ASIC 设计
内嵌复杂 功能模块 的SoPC
FPGA 器件 F
可编程逻辑器件的发展历程
EPLD D 器件 CPLD D 器件 GAL器件 改进的 PLA 器件
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HDL语言的种类
VHDL Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language 美国国防部开发 87年 通过标准审查 IEEE STD 1076 1076-1987 1987 93年修订 IEEE STD 1076-1993 i Verilog HDL 源于Candence公司，由C语言发展而来，1995 年成为IEEE标准
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集成电路的发展
随着计算机和集成电路技术的发展，数字系统 的设计大致经历了从SS SSIC-MSIC-LSIC-VLSIC C S C S C V S C的 过程
SSIC小规模集成电路（ Small-scale Small scale Integration Circuit) (几十~几百门） MSIC中规模集成电路（ Medium-scale M di l Integration I t ti Circuit）（几百～几千门） 大规模集成电路 Large-scale Integration LSIC大规模集成电路（ Circuit）（几千～几万门） VLSIC超大规模集成电路（Very Large-scale Integration g Circuit) )（几万门以上）
课程内容 理论课程
一: EDA技术：硬件设计基础课程，软硬件相结合 二：设计语言：VHDL 和Verilog 三：软件平台： 软件平台 Q QUARTUSII开发环境 四：硬件载体：CPLD/FPGA 芯片
要求
明确EDA开发流程 硬件描述语言 （ 表达设计者的设计功能） 开发工具（集成开发环境） 硬件设计（硬件电路、器件的设计使用）
配置接口（下载编程文件）
– JTAG – AS、PS
时钟输入输出IO
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可编程逻辑器件 ISP In System Programmable 功能 提高设计和应用的灵活性
未编程前先焊 接安装 减少对器件的 触摸和损伤 不计较器件的 封装形式
系统内编程--ISP 允许一般的存储 样机制造方便 支持生产和测试 流程中的修改
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集成开发环境
ALTERA公司可编程逻辑器件 开发软件—— MaxplusII p Q QuartusII 支持VHDL、Verilog、AHDL语言 逻辑综合器 适配器 仿真器 下载器
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什么是EDA？
EDA是电子设计自动化 Electronic Design Automation
EDA设计流程
以六进制计数器为例 分析逻辑功能和端口信号 分析逻辑功能和端 信号 设计输入 HDL 设计输 设计输入编译 设计输入的优化 布局布线 仿真 下载
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EDA设计流程
自上至下的设计方法
系统设计 功能划分、结构设计 功能级仿真 硬件描述语言 行为功能描述 综合工具将设计转化为门级网表 硬件载体实现
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集成开发环境
集成开发环境（简称IDE Integrated Develop Environment ） 提供程序开发环境的应用程序：代码编辑器、编译器、调 试器和图形用户界面工具。 集成了代码编写功能、分析功能、编译功能、调试功能等 一体化的开发软件 体化的开发软件。 所有具备这一特性的软件都可以叫做集成开发环境。 不同类型的处理器，使用不同的集成开发环境 不同厂家的处理器 使用不同的集成开发环境 不同厂家的处理器，使用不同的集成开发环境
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PR ROM 和 PLA 器件
70年代
80年代
90年代
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可编程逻辑器件的分类
按集成度(PLD)分类
可编程逻辑器件（PLD）
简单 PLD
复杂 PLD
PROM
PLA
PAL
GAL
CPLD
FPGA
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PLA可编程逻辑阵列
PROM表达的PLD图阵列
A1 A0 或阵列 （可编程）
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课程内容 理论基础
数字电路 数字逻辑（组合逻辑，时序逻辑）