第1章 EDA技术概述

1.4 EDA技术的软件开发
1.4.1 原理图设计简介
原理图是利用EDA工具软件将电路原理图在计 算机上进行绘制。
原理图由逻辑器件(符号)和连接线构成，图中 的逻辑器件可以是EDA软件库中预制的功能模块， 如与门、非门、或门、触发器以及各种含 74系列器件功能的宏功能块，甚至还有一些类 似于IP的功能块。
1.3 常用的EDA技术开发工具
常用EDA开发工具有：
Multisim、PSPICE、OrCAD、PCAD、 Protel、Viewlogic、Mentor、Graphics、 Synopsys、LSIlogic、Cadence、MicroSim、
QuartusII等等。
1.3 常用的EDA技术开发工具
1.3 常用的EDA技术开发工具
3. ISE的DSP 版本（DSP Edition） DSP版本除了基础FPGA设计工具和技术提 供了针对DSP算法、系统和硬件开发人员需求 而优化的DSP开发工具和IP。
1.3 常用的EDA技术开发工具
4. ISE的嵌入式版本 （Embedded Edition） 嵌入式版本提供的嵌入式开发工具 和IP专门针对需要在设计中采用嵌 入式处理器的开发人员需求而优化。 此外，嵌入式版本还包括了基础 FPGA设计工具和技术。
1.1 EDA 技术的含义
2．EDA技术的广义理解
EDA技术广义理解实际上是EDA工程所涉及 的范围，主要包括半导体工艺设计自动化、 可编程器件设计自动化、电子系统设计自动 化、印刷电路板设计自动化、电子电路仿真 与测试、电子产品故障诊断自动化、形式验 证自动化等方面的内容，也就是说，凡是利 用计算机来辅助人们完成与电子技术相关的 自动化设计技术都可以理解为EDA技术。
1.4 EDA技术的软件开发
1.4.2 硬件描述语言设计简介
1．硬件描述语言的产生
随着半导体技术和计算机技术的飞速发展，集成电路 的设计方法发生了深刻的变化。从计算机辅助设计 (CAD)、计算机辅助工程(CAE)到电子系统设计自动 化(ESDA)，设计的自动化程度越来越高，系统也越 来越庞大，越来越复杂。硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)应运而生，它的出现标 志着电路设计领域的一次重大的变革。
1.3 常用的EDA技术开发工具
逻辑版本包括： · Foundation 软件 ISE · Simulator ISE · PlanAhead 设计分析工具 · ChipScope Pro Analyzer · ChipScope Pro Serial I/O Toolkit · Base-level IP
1.3 常用的EDA技术开发工具
1.3.2 Xilinx公司的EDA集成开发工具 1．Xilinx ISE Xilinx ISE 设计套件是Xilinx公司的最新 EDA集成开发工具，目前的版本是11.1版本 （ISE Design Suite 11.1）。在为嵌入式、 DSP和逻辑设计人员提供FPGA设计工具和 IP产品方面确立了业界新标准。
非易失、可无限重构FPGA。新的ispLEVER 不仅能让您立即接触到最新的ispXP 技术， 它还适用于所有莱迪思FPGA、CPLD和 SPLD可编程器件的设计。ispLEVER工具套 件有Windows、UNIX和LINUX版本可供选择。
1.4 EDA技术的软件开发
注：本书讲解的EDA技术若无特别说明均为 狭义理解的EDA技术。 EDA技术的开发主要有软件和硬件两部分： 1、软件部分主要是用户编写的硬件描述语 言程序或设计的电路原理图、状态图 2、硬件是作为实现载体的可编程逻辑器件 和外围电路等。
QuartusII是Altera公司的综合性PLD开发 软件，支持原理图、VHDL、Verilog-HDL 以及AHDL(Altera Hardware Description Language)等多种设计输入形式，也是 Altera第四代PLD开发系统：主要用于设 计新器件和大规模 CPLD/FPGA。
1.3 常用的EDA技术开发工具
ispLEVER： 是莱迪思可编程逻辑产品的设计软件。 各种不同的ispLEVER版本都包含一组全 方位的功能强大的工具，包括项目管理、 IP综合、设计规划、布局布线、在系统
逻辑分析等。
1.3 常用的EDA技术开发工具
莱迪思的ispLEVER 5.0支持新的LatticeXP
LIBRARY IEEE ; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL ; ENTITY DFF1 IS PORT (CLK : IN STD_LOGIC ; D : IN STD_LOGIC ; Q : OUT STD_LOGIC ); END ; ARCHITECTURE bhv OF DFF1 IS SIGNAL Q1 : STD_LOGIC ; --类似于在芯片内部定义一个数据的暂存节点 BEGIN PROCESS (CLK) BEGIN IF CLK'EVENT AND CLK = '1' THEN Q1 <= D ; END IF; Q <= Q1 ; --将内部的暂存数据向端口输出 END PROCESS ; END bhv;
1.4 EDA技术的软件开发
利用这种语言，硬件电路系统的设计可以从 上层到下层(从抽象到具体)逐层描述设计，用 一系列分层次的模块来表示复杂的系统。然后， 利用电子设计自动化(EDA)工具，逐层进行仿 真验证，再将其变为实际电路的模块组合，经 过自动综合工具转换到门级电路网表。最后， 用专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列 FPGA自动布局布线工具，把网表转换为要实 现的具体电路布线结构。
（3）由于图形文件的不兼容性，性能优秀的电路模 块的移植和再利用十分困难，这是EDA技术应用的 最大障碍。
1.4 EDA技术的软件开发
（4）由于在原理图中已确定了设计系统的基本电 路结构和元件，留给综合器和适配器 的优化选 择的空间已十分有限，因此难以实现用户所希望 的面积、速度以及不同风格的综合优化，显然， 原理图的设计方法明显偏离了电子设计自动化最 本质的涵义。 （5）在设计中，由于必须直接面对硬件模块的选 用，因此行为模型的建立将无从谈起，从而无法 实现真实意义上的自顶向下的设计方案。
1.3 常用的EDA技术开发工具
2. ISE设计套件的逻辑版本（Logic Edition） 逻辑版本（Logic Edition）支持快速访问 和使用从前端直到后端的完整FPGA设计流 程，提供的工具和基础IP覆盖设计输入、 引脚分配、综合、验证（包括片上调试）、 实施、布局/分析、位流生成以及器件编程 功能。
1.2 EDA 技术的发展
1.2.3 电子设计自动化（EDA）阶段
九十年代为EDA阶段，在整个设计过程中， 自动化和智能化程度还不高，各种EDA软件界 面千差万别，学习使用困难，并且互不兼容， 直接影响到设计环节间的衔接。基于以上不足， 人们开始追求：贯彻整个设计过程的自动化， 这就是EDA即电子系统设计自动化。
1.3 常用的EDA技术开发工具
Quartusll支持Altera的IP核，包含了LPM／ MegaFunction宏功能模块库， 此外，QuartusII 通过和DSP Builder工具与Matlab／Simulink相 结合，可以方便地实现各种DSP应用系统；支 持Altera的片上可编程系统(SOPC)开发，集系 统级设计、嵌入式软件开发、可编程逻辑设计 于一体，是一种综合性的开发平台。
第1章 EDA技术概述
【学习目标】 通过本章的学习要了解EDA技术的发展过 程及发展趋势、常用的EDA技术开发工具、 EDA技术的硬件基础；掌握EDA技术含义、 EDA技术的开发流程和传统设计方法EDA设计 方法的区别。
1.1 EDA 技术的含义
1. 什么是EDA技术？ EDA（Electronic Design Automation），即 电子设计自动化，是指以计算机为工作平台， 融合应用电子技术、计算机技术、智能化技术 最新成果而研制成的电子CAD通用软件包，主 要能辅助进行以下几方面的工作：电子电路设 计、电子电路仿真、PCB设计，CPLD/FPGA 设计，IC设计等，根据EDA技术的范围，可将 EDA技术分为广义的EDA技术和狭义的EDA 技术。
1.2 EDA 技术的发展
1.2.1 计算机辅助设计（CAD）阶段
七十年代为CAD阶段，人们开始用计算机 辅助进行电路图设计、IC版图编辑、PCB 布局布线等，取代了手工操作，产生了计 算机辅助设计的概念。
1.2 EDA 技术的发展
1.2.2 计算机辅助工程（CAE）阶段 八十年代为CAE阶段 ，与CAD相比，除了 纯粹的图形绘制功能外，又增加了电路功 能设计和结构设计，并且通过电气连接网 络表将两者结合在一起，实现了工程设计， 这就是计算机辅助工程的概念。CAE的主 要功能是：原理图输入，逻辑仿真，电路 分析，自动布局布线，PCB后分析。
1.4 EDA技术的软件开发
1、原理图的输入方法的优点：
（1）设计者进行电子线路设计不需要增加新 的相关知识(诸如HDL等)。 （2）方法与用PROTEL作图相似，设计过程 形象直观，适用于初学或教学演示。
（3）对于较小的电路模型，其结构与实际电 路十分接近，设计者易于把握电路全局。
1.4 EDA技术的软件开发
1.3.1 Altera公司集成EDA集成开发工具
1、Max+plusII：
是Altera公司推出的第三代PLD开发系统； 使用MAX+PLUSII的设计者不需精通器件 内部的复杂结构。设计者可以用自己熟悉 的设计工具（如原理图输入或硬件描述语 言）建立设计。
1.3 常用的EDA技术开发工具
2、 QuartusII
1.3 常用的EDA技术开发工具
5. ISE的系统版本（System Edition） 系统版本提供了完整的设计解决方案， 支持从针对逻辑设计输入和实现的基础级 设计产品直到DSP和嵌入式领域优化产 品的所有设计方法。