第1章EDA技术概述教学讲义

EDA技术与VHDL
主讲：陈明 南京师范大学 电气与自动化工程学院
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱDA技术与VHDL
第1章 概述
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1.1 电子设计自动化技术及其发展
在计算机技术的强劲推动下，电子技术获得 了飞速的发展，电子产品几乎渗透了工业、生活 的各个领域，电子技术发展的根基是微电子技术 的进步，即建立在半导体工艺技术的大规模集成 电路加工技术。微电子技术和现代电子设计技术 相互促进相互推动又相互制约。随着电子技术、 仿真技术、电子工艺和设计技术与新的计算机软 件技术的融合和升华，从而产生了EDA （Electronics Design Automation）技术。
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1.1 电子设计自动化技术及其发展
● 在FPGA上实现DSP应用成为可能。
● 在一单片FPGA中实现一个完备的可随意重构 的嵌入式系统成为可能。
21世纪 后
● 在仿真和设计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。
●电子领域各学科的界限更加模糊，更互为包容。 ● 用于ASIC设计的标准单元已涵盖大规模电子系统及复杂IP核模块。
专用集成芯片（ASIC）的设计和实现。
ASIC是容纳用户通过EDA技术奖电子应 用系统的既定功能和技术指标具体实现的硬件 物理实体平台。
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1.2 EDA技术应用对象
ASIC的实现途径：
1. 可编程逻辑器件
2. 半定制或全定制 ASIC
3. 混合ASIC
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1.大规模可编程逻辑器件PLD （Programmble Logic Devices)
高集成度、高速度和高可靠性是FPGA/CPLD最明显的特点， 其时钟延时可小至ns级(即工作频率可达几百兆HZ)。结合其并行 工作方式，在超高速应用领域和实时测控方面有着非常广阔的应 用前景。
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FPGA/CPLD的集成规模非常大，可利用 先进的EDA工具进行电子系统设计和产品开发。 由于开发工具的通用性、设计语言的标准化以 及设计过程几乎与所用器件的硬件结构没有关 系，因而设计开发的各类逻辑功能块软件具有 很好的兼容性和可移植性。 它几乎可用于任何 型号和规模的FPGA/CPLD中，从而使得产品
Integrated Circuit)的设计－－全定制芯片.可以从用P、N半
导体材料设计晶体管开始设计电子系统(也称为版图级设计
）。
EDA技术的进步表现在：
使得设计者的工作仅限于软件方式，即利用硬件描述语
言和EDA软件来完成对系统硬件功能的实现。
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1.1 电子设计自动化技术及其发展
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狭义EDA技术：
1）大规模PLD（Programmble Logic Devices)器件的设
计－－半定制芯片.由用户编程以实现特定逻辑功能的集成
器件。它的EDA设计从逻辑门电路、触发器开始进行，能
重复设计、任意修改。
2）专用集成芯片ASIC(Application Specific
1） FPGA (Field Programmable Gate Array)现场可编程门阵列 2）CPLD (Complex PLD)复杂可编程逻辑器件
是目前实用最多的二种大规模可编程逻辑器件。通常被称为 可编程专用IC或可编程ASIC 目前世界生产PLD器件的主流公司：
Xilinx、Altera、Lattice
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EDA一般定义：
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。
● 软硬IP核在电子行业的产业领域广泛应用。
● SoC高效低成本设计技术的成熟。
● 复杂电子系统的设计和验证趋于简单。
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1.2 EDA技术应用对象
EDA技术电子系统设计的最终目标表现为： ➢ 半定制或全定制ASIC（专用集成芯片）设计 ➢ FPGA/CPLD（或称可编程ASIC）开发应用 可以归结为：
局限： 大部分从原理图出发的EDA工具仍然不能适应复杂
电子系统的设计要求，而具体化的元件图形制约着优化 设计。
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3）.电子系统设计自动化EDA阶段
EDA工具不仅具有电子系统设计的能力，而且 能提供独立于工艺和厂家的系统级设计能力，具有 高级抽象的设计构思手段。
设计工具完全集成化，可以实现以HDL语言为主 的系统级综合与仿真，从设计输入到版图的形成， 几乎不需要人工干预，因此整个流程实现自动化。 该阶段的EDA的发展还促进设计方法的转变，由传 统的自底向上的设计方法逐渐转变为自顶向下的设 计方法。
2）．20世纪80年代的计算机辅助工程设计CAE （Computer Aided Engineering）阶段 3）．20世纪90年代电子系统设计自动化EDA阶段
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1）.计算机辅助设计CAD阶段特点
这个阶段分别研制了一些相对独立的软件工具， 典型的有PCB制板布线设计，以及其它用于电路仿真 的工具，该阶段的主要贡献使设计者从繁琐、重复的 计算和绘图中解脱出来。该阶段的产品主要有如 AUTOCAD、TANGO、PROTEL、SPICE等软件。
局限： 各个软件工具包相互独立而且是由不同公司开发
的，因此一般每个工具包只完成一个任务。同时，该 时期的EDA软件不能处理复杂电子系统设计中的系统 级综合与仿真。
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2）.计算机辅助工程设计CAE阶段特点
EDA工具则以逻辑模拟、定时分析、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 之前的功能检测等问题。
现代电子设计技术的核心已日趋转向基于计算机的电子设计自动 化技术 EDA（Electronic Design Automation）技术。
20世纪70年代 EDA技术雏形
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20世纪80年代 EDA技术基础形成
20世纪90年代
EDA技术成熟和实用
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EDA技术发展分为三个阶段 ：
1）．20世纪70年代的计算机辅助设计CAD（Computer Aided Design）阶段