EDA技术与VHDL设计第1章EDA技术概述
第1章 EDA技术概述
精选2021版课件
12
1.2 EDA技术的知识体系
1.2.3 可编程逻辑语言
4．Superlog语言 1999年，Co-Design公司发布了superlog系统设计语言，
精选2021版课件
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1.2 EDA技术的知识体系
1.2.3 可编程逻辑语言
2．Verilog HDL VerilogHDL是专为专用集成电路（applicaton specific
inetergrated circuits, ASIC）设计而开发的。VerilogHDL 较为适合算法级，寄存器传输级RTL，逻辑级和门级的设 计，它可以很容易地把完成的设计移植到不同的厂家的不 同芯片中去，并且设计很容易修改，它更适合电子专业技 术人员进行数字系统的设计。 3．ABEL
即复杂可编程逻辑器件。CPLD也是一种用户根据需要而自 行构造逻辑功能的数字集成电路。其基本设计方法是借助 集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言等方法，生 成相应的目标文件，通过下载电缆（在“系统”编程）将 代码直接传送到目标芯片中，实现设计的数字系统。
FPGA和CPLD都是PLD器件，两者的功能基本相同， 只是实现的硬件原理有所区别，所以有时可以忽略两者的 区别，统称为可编程逻辑器件或CPLD/FPGA。
FPGA的编程无需专用的编程器，只需使用通用的 EPROM 、PROM编程器即可。当需要修改FPGA功能时， 只需要换一片EPROM即可。FPGA能够反复使用。同一片 FPGA，不同的编程数据可以产生不同的电路功能。
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1.2 EDA技术的知识体系
第一章 EDA技术概述
4． VHDL-RTL级 建 模
8． 功 能 仿 真
12． 设 计 完 成
1.6
EDA技术的优势
EDA技术有很大不同： 1)采用硬件描述语言作为设计输入。 2)库(Library)的引入。 3)设计文档的管理。 4)强大的系统建模、电路仿真功能。 5)具有自主知识产权。 6)标准化、规范化及IP核的可利用性。 7)自顶向下设计方案。 8)自动设计、仿真和测试技术。 9)对设计者的硬件知识、经验要求低。 10)高速性能好（与以CPU为主的电路系统相比 ） 。 11)纯硬件系统的高可靠性。
超大规模集成电路的集成度和工艺水
9、系统级、行为验证级硬件描述语言
一、 EDA技术定义
（广义定义） 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 仿真与测试、故障诊断自动化 形式验证自动化 通称为EDA工程
二、EDA技术定义
（狭义定义）
1、以大规模可编程逻辑器件为设计载体． 2、以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式． 3、以计算机、大规模可编程逻辑器件(PLD)的开发软件及实 验室开发系统为设计工具． 4、通过有关的开发软件，自动完成用软件的方式设计的电子 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、逻辑布局布线、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、编程下载等工作． 5、最终形成电子系统或专用集成芯片的一门新的技术。
EDA技术实用教程
第1章
概
述
1.1 EDA技术及其发展
现代电子设计技术的核心是EDA(Electronic Design Automation)技术。
EDA技术使得设计者的工作利用硬件描述语言和EDA软
2023年大学_EDA技术与VHDL第二版(潘松著)课后习题答案下载
2023年EDA技术与VHDL第二版（潘松著）课后习题答案下载EDA技术与VHDL第二版（潘松著）课后答案下载第1章 EDA技术概述1.1 EDA技术及其发展1.1.1 EDA技术的发展1.1.2 EDA技术的涵义1.1.3 EDA技术的基本特征1.2 EDA技术的主要内容及主要的EDA厂商1.2.1 EDA技术的主要内容1.2.2 主要EDA厂商概述1.3 EDA技术实现目标1.3.1 超大规模可编程逻辑器件1.3.2 半定制或全定制ASIC1.3.3 混合ASIC1.4 EDA技术应用1.4.1 EDA技术应用形式1.4.2 EDA技术应用场合1.5 EDA技术的发展趋势1.5.1 可编程器件的发展趋势1.5.2 软件开发工具的发展趋势1.5.3 输入方式的发展趋势__小结思考题和习题第2章大规模可编程逻辑器件2.1 可编程逻辑器件概述2.1.1 PLD的'发展进程2.1.2 PLD的种类及分类方法2.2 简单可编程逻辑器件2.2.1 PLD电路的表示方法及有关符号 2.2.2 PROM基本结构2.2.3 PLA基本结构2.2.4 PAL基本结构2.2.5 GAL基本结构2.3 复杂可编程逻辑器件2.3.1 CPLD基本结构2.3.2 Altera公司器件2.4 现场可编程逻辑器件2.4.1 FPGA整体结构2.4.2 Xilinx公司FPGA器件2.5 在系统可编程逻辑器件2.5.1 ispLSl/pLSl的结构2.5.2 Lattice公司ispLSI系列器件 2.6 FPGA和CPLD的开发应用2.6.1 CPLD和FPGA的编程与配置2.6.2 FPGA和CPLD的性能比较2.6.3 FPGA和CPLD的应用选择__小结思考题和习题第3章 EDA设计流程与开发3.1 EDA设计流程3.1.1 设计输入3.1.2 综合3.1.3 适配3.1.4 时序仿真与功能仿真3.1.5 编程下载3.1.6 硬件测试3.2 ASIC及其设计流程3.2.1 ASIC设计方法3.2.2 一般的ASIC设计流程3.3 可编程逻辑器件的开发环境 3.4 硬件描述语言3.5 IP核__小结思考题和习题第4章硬件描述语言VHDL4.1 VHDL概述4.1.1 VHDL的发展历程4.1.2 VHDL的特点4.2 VHDL程序基本结构4.2.1 实体4.2.2 结构体4.2.3 库4.2.4 程序包4.2.5 配置4.3 VHDL基本要素4.3.1 文字规则4.3.2 数据对象4.3.3 数据类型4.3.4 运算操作符4.3.5 VHDL结构体描述方式 4.4 VHDL顺序语句4.4.1 赋值语句4.4.2 IF语句4.4.3 等待和断言语句4.4.4 cASE语句4.4.5 LOOP语句4.4.6 RETIARN语句4.4.7 过程调用语句4.4.8 REPORT语句4.5 VHDL并行语句4.5.1 进程语句4.5.2 块语句4.5.3 并行信号代人语句4.5.4 并行过程调用语句4.5.5 并行断言语句4.5.6 参数传递语句4.5.7 元件例化语句__小结思考题和习题第5章 QuartusⅡ软件及其应用5.1 基本设计流程5.1.1 建立工作库文件夹和编辑设计文件 5.1.2 创建工程5.1.3 编译前设计5.1.4 全程编译5.1.5 时序仿真5.1.6 应用RTL电路图观察器5.2 引脚设置和下载5.2.1 引脚锁定5.2.2 配置文件下载5.2.3 AS模式编程配置器件5.2.4 JTAG间接模式编程配置器件5.2.5 USBBlaster编程配置器件使用方法 __小结思考题和习题第6章 VHDL应用实例6.1 组合逻辑电路设计6.1.1 基本门电路设计6.1.2 译码器设计6.1.3 数据选择器设计6.1.4 三态门设计6.1.5 编码器设计6.1.6 数值比较器设计6.2 时序逻辑电路设计6.2.1 时钟信号和复位信号6.2.2 触发器设计6.2.3 寄存器和移位寄存器设计6.2.4 计数器设计6.2.5 存储器设计6.3 综合实例——数字秒表的设计__小结思考题和习题第7章状态机设计7.1 一般有限状态机7.1.1 数据类型定义语句7.1.2 为什么要使用状态机 7.1.3 一般有限状态机的设计 7.2 Moore型有限状态机设计 7.2.1 多进程有限状态机7.2.2 单进程有限状态机7.3 Mealy型有限状态机7.4 状态编码7.4.1 状态位直接输出型编码 7.4.2 顺序编码7.4.3 一位热码编码7.5 状态机处理__小结思考题和习题第8章 EDlA实验开发系统8.1 GW48型实验开发系统原理与应用8.1.1 系统性能及使用注意事项8.1.2 GW48系统主板结构与使用方法8.2 实验电路结构图8.2.1 实验电路信号资源符号图说明8.2.2 各实验电路结构图特点与适用范围简述8.3 GW48CK/GK/EK/PK2系统信号名与芯片引脚对照表 __小结思考题和习题第9章 EnA技术实验实验一：全加器的设计实验二：4位加减法器的设计实验三：基本D触发器的设计实验四：同步清零计数器的设计实验五：基本移位寄存器的设计串人/串出移位寄存器实验六：同步预置数串行输出移位寄存器的设计实验七：半整数分频器的设计实验八：音乐发生器的设计实验九：交通灯控制器的设计实验十：数字时钟的设计EDA技术与VHDL第二版（潘松著）：内容简介《EDA技术与VHDL》主要内容有Altera公司可编程器件及器件的选用、QuartusⅡ开发工具的使用;VHDL硬件描述语言及丰富的数字电路和电子数字系统EDA设计实例。
EDA技术与VHDL程序开发基础教程 教学资料 第一章
1.8.1填空1.EDA的英文全称是Electronic Design Automation2.EDA技术经历了计算机辅助设计CAD阶段、计算机辅助工程设计CAE阶段、现代电子系统设计自动化EDA阶段三个发展阶段3. EDA技术的应用可概括为PCB设计、ASIC设计、CPLD/FPGA设计三个方向4.目前比较流行的主流厂家的EDA软件有Quartus II、ISE、ModelSim、ispLEVER5.常用的设计输入方式有原理图输入、文本输入、状态机输入6.常用的硬件描述语言有VHDL、Verilog7.逻辑综合后生成的网表文件为EDIF8.布局布线主要完成将综合器生成的网表文件转换成所需的下载文件9.时序仿真较功能仿真多考虑了器件的物理模型参数10.常用的第三方EDA工具软件有Synplify/Synplify Pro、Leonardo Spectrum1.8.2选择1.EDA技术发展历程的正确描述为（A）A CAD->CAE->EDAB EDA->CAD->CAEC EDA->CAE->CADD CAE->CAD->EDA2.Altera的第四代EDA集成开发环境为（C）A ModelsimB MUX+Plus IIC Quartus IID ISE3.下列EDA工具中，支持状态图输入方式的是（B）A Quartus IIB ISEC ispDesignEXPERTD Syplify Pro4.下列几种仿真中考虑了物理模型参数的仿真是（A）A 时序仿真B 功能仿真C 行为仿真D 逻辑仿真5.下列描述EDA工程设计流程正确的是（C）A输入->综合->布线->下载->仿真B布线->仿真->下载->输入->综合C输入->综合->布线->仿真->下载D输入->仿真->综合->布线->下载6.下列编程语言中不属于硬件描述语言的是（D）A VHDLB VerilogC ABELD PHP1.8.3问答1.结合本章学习的知识，简述什么是EDA技术？谈谈自己对EDA技术的认识？答：EDA（Electronic Design Automation）工程是现代电子信息工程领域中一门发展迅速的新技术。
EDA技术与VHDL实用教程(第2版)电子课件 第1章EDA技术概述
2．计算机辅助工程设计CAE阶段
各种设计工具，如原理图输入、编译与 连接、逻辑模拟、测试码生成、版图自动布 局以及各种单元库均已齐全。由于采用了统 一数据管理技术，因而能够将各个工具集成 为一个CAE系统。
EDA技术与VHDL实用教程
作者: 苏莉萍 陈东 廖超平
3．电子系统设计自动化ESDA阶段
EDA技术与VHDL实用教程
作者: 苏莉萍 陈东 廖超平
三、 面向FPGA/CPLD的常用EDA工具
可编程逻辑器件PLD（Programmable Logic Device）是一种可根据用户需要而自行构造逻辑功 能的逻辑器件。目前主要有两大类型：CPLD（ Complex PLD）和FPGA(Field Programmable Gate Array)。借助于EDA工具软件，用原理图、硬件描 述语言等设计输入法，可设计生成相应的目标文件 ，最后用编程器下载到目标器件实现用户需要的逻 辑功能。生产PLD的厂家很多，但最有代表性的PLD 厂家为Altera、Xilinx和Lattice公司。
EDA技术与VHDL实用教程
作者: 苏莉萍 陈东 廖超平
1. ALTERA 其原先的开发工具MAX+PLUS II是较成功的PLD 开发平台，现在使用Quartus II开发软件。
2. XILINX 开发软件为Foundation和ISE。
3. Lattice-Vantis 开发工具ispLEVER比Altera和Xilinx略逊一筹。
EDA技术与VHDL实用教程
作者: 苏莉萍 陈东 廖超平
1. ALTERA 其原先的开发工具MAX+PLUS II是较成功的PLD 开发平台，现在使用Quartus II开发软件。
EDA技术与VHDL程序开发基础教程_教学资料_第一章
1.8.1填空1.EDA的英文全称是Electronic Design Automation2.EDA技术经历了计算机辅助设计CAD阶段、计算机辅助工程设计CAE阶段、现代电子系统设计自动化EDA阶段三个发展阶段3. EDA技术的应用可概括为PCB设计、ASIC设计、CPLD/FPGA设计三个方向4.目前比较流行的主流厂家的EDA软件有Quartus II、ISE、ModelSim、ispLEVER5.常用的设计输入方式有原理图输入、文本输入、状态机输入6.常用的硬件描述语言有VHDL、Verilog7.逻辑综合后生成的网表文件为EDIF8.布局布线主要完成将综合器生成的网表文件转换成所需的下载文件9.时序仿真较功能仿真多考虑了器件的物理模型参数10.常用的第三方EDA工具软件有Synplify/Synplify Pro、Leonardo Spectrum11．2000年推出的Pentium4微处理器芯片的集成度达（4200 ）万只晶体管。
12．在EDA发展的（CAD ）阶段，人们只能借助计算机对电路进行模拟、预测，以及辅助进行集成电路版图编辑、印刷电路板（PCB）布局布线等工作。
13．在EDA发展的（CAE ）阶段，人们可以将计算机作为单点设计工具，并建立各种设计单元库，开始用计算机将很多单点工具集成在一起使用。
14．EDA设计输入主要包括图形输入、HDL文本输入和状态机输入。
15．时序仿真是在设计输入完成之后，选择具体器件并完成布局、布线之后进行的时序关系仿真,因此又称为功能仿真。
16．VHDL的数据对象包括变量、常量和信号，它们是用来存放各种类型数据的容器。
17．图形文件设计结束后一定要通过仿真，检查设计文件是否正确。
18．以EDA方式设计实现的电路设计文件，最终可以编程下载到FPGA 和CPLD芯片中，完成硬件设计和验证。
19．MAX+PLUS的文本文件类型是（后缀名）.VHD 。
20．在PC上利用VHDL进行项目设计，不允许在根目录下进行，必须在根目录为设计建立一个工程目录（即文件夹）。
配套课件 EDA技术与VHDL程序设计基础教程
它支持原理图、VHDL和Verilog 语言文本输入方式和波形或EDIF 格式的文件作为输入，且支持这 些文件的混合设计。
Quartus II的GUI界面
EDA技术与VHDL程序开发基础教程
五、EDA集成开发工具
ISE+ModelSim
ispLEVER
EDA技术与VHDL程序开发基础教程
。（b）中三条竖线A、B、C也为输入线，输入到或门的横线为和线。和线与
输入线的交叉点为编程点。
当输入线与和线相连通时，
在编程点处以“×”表示。
Y=AB
可以看出，图中电路表示
Y=A+B+C
的逻辑表达式分别为Y=AB
和Y=A+B+C。
ABC
ABC
(a)
(b)
EDA技术与VHDL程序开发基础教程
三、 CPLD的基本结构和工作原理
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第1章 EDA概述
重点内容：
EDA技术发展和应用 EDA工程设计流程 EDA集成开发工具
EDA技术与VHDL程序开发基础教程
一、EDA工程简介
EDA（Electronic Design Automation）工程是现代电子信息工程领 域中一门发展迅速的新技术。
流程
需求分析
算法设计 （Algorithm Optimization）
构架设计 （Architecture Exploration)
RTL 设计 （RTL Design）
RTL 验证 （RTL Verification)
综合 （Synthesis)
门级验证 （Gate-level Verification)
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FPGA的制造工艺确定了FPGA芯片中包含的LUT和 触发器的数量非常多，往往都是几千上万，PLD一 般只能做到512个逻辑单元，而且如果用芯片价格 除以逻辑单元数量，FPGA的平均逻辑单元成本大 大低于PLD。
第1章 EDA技术概述来自19第19页/共348页
要求
熟悉面向FPGA/CPLD的EDA技术初步理论知识
知识点
理解可编程逻辑器件 掌握面向FPGA/CPLD的EDA设计流程 掌握面向FPGA/CPLD的常用EDA工具 理解硬件描述语言
重点和难点
EDA设计流程 Quartus Ⅱ软件包 硬件描述语言VHDL语言
EDA技术与VHDL实用教程
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1.2 面向 FPGA/CPLD的
EDA设计流程
行为仿真
VHDL 仿真器
功能仿真
时序仿真
文本编辑器 图形编辑器 生成VHDL源程序
VHDL源程序
VHDL综合器 逻辑综合、优化
网表文件 (EDIF,XNF,VHDL…)
FPGA/CP LD 布线/适配器 自动优化、布局、布线/适配
（二）乘积项结构 PLD 的逻辑实现原理 （三）查找表（Look-Up-Table）的原理与结
构 （四）查找表结构的FPGA逻辑实现原理
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EDA技术与VHDL实用教程
第25页/共348页
例：用PROM完成半加器逻辑阵列
A1
A0
或阵列
（可编程）
F 0 A0 A1 A0A1 F1 A1A0
A1 A1 A0 A0 与阵列（固定）
EDA技术与VHDL课件 第一章
EDA技术概述 3） 平面规划技术 平面规划（Floorplaning）技术对逻辑综合和物理版图设计 进行联合管理，做到在逻辑综合早期设计阶段就考虑到物理设 计信息的影响。通过这些信息，可以再进一步地对设计进行综 合和优化，并保证不会对版图设计带来负面的影响。 这在深亚 微米级布线时延已经成为主要时延的情况下，对加速设计过程 的收敛与成功是有所帮助的。在Synopsys和Cadence等著名公司 的EDA系统中都采用了这项技术。
了更高的要求，促进了EDA技术的发展。
在这一阶段，出现了以硬件描述语言、 系统级仿真和综合技术 为基本特征的第三代EDA技术， 它使设计师们摆脱了大量的具体 设计工作，而把精力集中于创造性的方案与概念构思上， 从而极 大地提高了系统设计的效率，缩短了产品的研制周期。 EDA技术 在这一阶段的发展主要有以下几个方面。
受HDL为标准HDL，也就是IEEEStd1076-1987［LRM87］。此后
又做了一些修改，新的版本为IEEEStd1076-1993［LRM93］。
EDA技术概述
Verilog HDL是在1983年，由GDA（Gate Way Design
Automation）公司的Phil Moorby首创的。1986年， Moorby提出
EDA技术概述
1） 用硬件描述语言来描述数字电路与系统
这是现代EDA技术的基本特征之一， 并且已经形成了
VHDL和Verilog HDL两种IEEE（The Institute of Electrical and
Electronics Engineers， 电气和电子工程师协会）标准硬件描述
语言。它们均能支持系统级、算法级、RTL级（又称数据流级）
EDA技术概述
第1章 EDA技术概述
(3)功能仿真。
(4)综合、优化和布局布线。 (5)时序仿真。 (6)编程下载。 (7)硬件测试。
1.5 EDA技术的硬件概述
主流器件有两类： 复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device，CPLD) 现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)等几种类型。
QuartusII等等。
1.3 常用的EDA技术开发工具
1.3.1 Altera公司集成EDA集成开发工具
1、Max+plusII（基本淘汰）
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）形象直观，适用于初学或教学演示。 （2）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
2、原理图输入方式的缺点：
（1）由于图形设计方式并没有标准化，不同的EDA软件中的
图形处理工具对图形的设计规则、存档格式和图形编译方 式都不同，因此图形文件兼容性差，难以交换和管理。 （2）随着电路设计规模的扩大，原理图输入画图复杂、排错 困难。 （3）优化空间已十分有限，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。 （4）在设计中，由于必须直接面对底层硬件模块的选用，无 法实现真实意义上的自顶向下的设计方案。
1.6 EDA 技术的设计流程
1.6.5 硬件验证
最后在硬件平台上验证设计项目 在目标系统上的实际工作情况， 以排除错误，改进设计。
1.7 传统设计方法和 EDA设计方法的比较
1.7.1传统设计方法
第1讲 EDA技术概述
20世纪70年代的计算机辅助设计（CAD）阶段
在这个阶段分别开发了一个个独立的软件工具，主 要有电路原理图绘制、PCB（印刷电路板）图绘制、电路模 拟、逻辑模拟等。
它们利用计算机的图形编辑、分析和计算等能力， 协助工程师设计电子线路，使设计人员从大量繁琐、重复 计算和绘图工作中解脱出来。
但总体来看自动化程度低，需要人工干预整个设计 过程。美国Accel公司开发的Tango布线软件就是最具代表 性的产品。
专业EDA软件商提供的，称为第三方设计软件 如 Cadence 、 Mental 、 Synopsys 、 Viewlogic 和 DATA I/O 公司的设计软件。第三方软件往往能够开发多家公司的器件， 在利用第三方软件设计具体型号的器件时，需要器件制造商 提供器件库和适配器(Fitter)软件。
六、自顶而下(Top-Down）设计法
“自顶向下”的设计方法首先从系统级设计入手， 在顶层进行功能方框图的划分和结构设计；
在方框图级进行仿真、纠错，并用硬件描述语言 对高层次的系统行为进行描述；
在功能级进行验证，然后用逻辑综合优化工具生 成具体的门级逻辑电路的网表，其对应的物理实现级 可以是印刷电路板或专用集成电路。 “Top-down”设计方法有利于在早期发现结构设 计中的错误，提高设计的一次成功率，因而在现代EDA 系统中被广泛采用。
Verilog-HDL硬件描述ห้องสมุดไป่ตู้言
Verilog-HDL是在1983年由GDA(Gateway Design Automation)公司的Phil Moorby首创的。
Verilog-HDL是专门为ASIC设计而开发的，本身 即适合ASIC设计。在亚微米和深亚微米ASIC已成为电 子设计主流的今天， Verilog-HDL 的发展前景是非常 远大的。Verilog-HDL较为适合算法级(Algorithm)、 寄存器传输级(RTL)、逻辑级(Logic)和门级(Gate)设 计，而对于特大型的系统级设计，则VHDL更为适合。
第1章 EDA技术概述
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微电子技术，即大规模集成电路加工技术的进步是现代 数字电子技术发展的基础。目前，在硅片单位面积上集成的 晶体管数量越来越多，
1978年推出的8086微处理器芯片集成的晶体管数是4万只，
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CAE （ Computer Aided Engineering ） 是 在 CAD的工具逐步完善的基础上发展起来的，尤其是 人们在设计方法学、设计工具集成化方面取得了长 足的进步，可以利用计算机作为单点设计工具，并 建立各种设计单元库，开始用计算机将许多单点工 具集成在一起使用，大大提高了工作效率。 20世纪90年代以来，微电子工艺有了惊人的发 展，工艺水平已经达到了45纳米级，在一个芯片上 已经可以集成上百万乃至数亿只晶体管，芯片速度 达到了吉比特/秒量级，百万门以上的可编程逻辑器 件陆续面世，这样就对电子设计的工具提出了更高 的要求，提供了广阔的发展空间，促进了EDA技术的 形成。
优点是容易实现仿真，便于信号的观察和 电路的调整。
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2. 硬件描述语言输入方式（EDA——电子设计自动化）
硬件描述语言有普通硬件描述语言和行为描述语 言，它们用文本方式描述设计和输入。普通硬件描述 语言有AHDL、CUPL等，它们支持逻辑方程、真值 表、状态机等逻辑表达方式。
行为描述语言是目前常用的高层硬件描述语言， 有VHDL和Verilog HDL等，它们具有很强的逻辑描 述和仿真功能，可实现与工艺无关的编程与设计，可 以使设计者在系统设计、逻辑验证阶段便确立方案的 可行性，而且输入效率高，在不同的设计输入库之间 转换也非常方便。 运用VHDL、Verilog HDL硬件描述语言进行设 计已是当前的趋势。
EDA技术概述(课件)
EDA技术与VHDL 第1章EDA技术概述1.1 EDA技术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1.1 EDA技术21世纪后●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。
●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。
●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。
1.2 EDA技术应用对象1. 可编程逻辑器件2. 半定制或全定制ASIC3. 混合ASIC1.3 硬件描述语言VHDLHDLVHDLVerilog HDLSystemVerilogSystem C在EDA设计中使用最多，也得到几乎所有的主流EDA工具的支持这两种HDL语言还处于完善过程中，主要加强了系统验证方面的功能。
1.4 EDA技术的优势1．保证设计过程的正确性，大大降低设计成本，缩短设计周期。
2．有各类库的支持。
3．极大地简化设计文档的管理。
4．日益强大的逻辑设计仿真测试技术。
5．设计者拥有完全的自主权，再无受制于人之虞。
6．良好的可移植与可测试性，为系统开发提供了可靠的保证。
7．能将所有设计环节纳入统一的自顶向下的设计方案中。
8．EDA不但在整个设计流程上充分利用计算机的自动设计能力，而且在各个设计层次上利用计算机完成不同内容的仿真模拟，在系统板设计结束后仍可利用计算机对硬件系统进行完整的测试。
1.5 面向FPGA的EDA开发流程1.5.1 设计输入1. 图形输入2. 硬件描述语言代码文本输入1.5 面向FPGA的EDA开发流程1.5.2 综合(1)自然语言综合(2)行为综合(3)逻辑综合(4)版图综合或结构综合1.5 面向FPGA的EDA开发流程1.5.2 综合1.5.3 适配（布线布局）1.5 面向FPGA的EDA开发流程1.5.4 仿真1.5.5 RTL描述(1) 时序仿真(2) 功能仿真1.6 可编程逻辑器件1.6.1 PLD 的分类以集成度分低集成度芯片高集成度芯片从结构上分乘积项结构器件查找表结构器件从编程工艺上划1．熔丝(Fuse)型器件2．反熔丝(Anti-fuse)型器件3．EPROM 型4．EEPROM 型5．SRAM 型6．Flash 型1.6 可编程逻辑器件1.6.2 PROM可编程原理1.6 可编程逻辑器件1.6.2 PROM可编程原理1.6 可编程逻辑器件1.6.2 PROM可编程原理1.6 可编程逻辑器件1.6.2 PROM可编程原理1.6 可编程逻辑器件1.6.3 GAL1.7 CPLD的结构与可编程原理1.7 CPLD的结构与可编程原理1．逻辑阵列块1.7 CPLD的结构与可编程原理2．逻辑宏单元3．可编程连线阵列1.7 CPLD的结构与可编程原理4．I/O控制块1.8 FPGA的结构与工作原理1.8.1 查找表逻辑结构1.8.2 Cyclone III系列器件的结构原理1.8 FPGA 的结构与工作原理1.8 FPGA的结构与工作原理1.8.2 Cyclone III系列器件的结构原理1.9 硬件测试技术1.9.1 内部逻辑测试1.9.2 JTAG边界扫描测试1.10 编程与配置基于电可擦除存储单元的EEPROM或Flash技术基于SRAM查找表的编程单元。
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1.1 EDA技术及其发展历程 EDA技术及其发展历程
EDA技术发展阶段 EDA技术发展阶段
CAD阶段 CAE阶段 设计自动化阶段
EDA技术及其发展历程 1.1 EDA技术及其发展历程
EDA技术的最新发展 EDA技术的最新发展
（1）电子技术各个领域全方位融入EDA技术，传统的电路系统设 计建模理念发生了重大的变化。 （2）IP核的在电子行业得到了广泛应用。 （3）在FPGA实现DSP应用成为可能。 （4）SOPC技术步入了大规模应用阶段。 （5）各种EDA工具的推出，使得电子系统设计和验证趋于简单。 （6）EDA技术使得电子领域各学科的界限更加模糊，更加相互包 容和渗透。
SOC设计 1.4.3 SOC设计
IP核：IP的原来含义是知识产权、著作权等。在IC设计领域可 将其理解为实现某种功能的设计。 SOC单片系统：SOC是指将一个完整的系统集成在一个芯片上， 用一个芯片实现一个功能完整的系统，如图所示。
CPU核 RAM/ ROM核 USB接口核 DSP核 A/D、 D/A核 I/O单元核
1.3.3 数字集成电路的设计
系统描述（指标要求）
数
功能设计
字
工艺设计
集
逻辑路
不合格
的
电路设计
设 计 流 程
不合格 版图设计 电路模拟
版图验证 （DRC、ERC、LVS） 不合格 数字IC版图
1.3.4 模拟集成电路的设计
模拟集成电路的设计流程
整个流程分为结构级设计、单元级设计（又分为拓扑选择、 尺寸优化两步）和物理版图级设计三个阶段。 结构设计是将用户给定的关于模拟集成电路性能的抽象描述 转化为一个用各种功能单元所构成的电路； 拓扑选择是根据功能单元的性能指标和工作环境，决定用何 种具体的电路结构来实现该单元的功能； 尺寸优化是在获得电路结构的条件下，根据所需的电路性能 指标和生产条件确定每个器件的“最佳”几何尺寸，提高合格率 ； 物理版图级设计是将具有器件几何尺寸和满足一定约束条件 的电原理图映射成集成电路版图。
EDA技术的一个重要应用是ASIC（Application Specific Integrated Circuits，专用集成电路）。ASIC是面向专门用途 的电路，以此区别于标准逻辑（Standard Logic）、通用存储器 、通用微处理器等电路。目前在集成电路界，ASIC被认为是用户 专用集成电路（Customer Specific IC）,即它是专门为一个用 户设计和制造的。换言之，它是根据某一用户的特定要求，能以 低研制成本、短交货周期供货的全定制、半定制集成电路。
1.3.4 模拟集成电路的设计
性能指标
模 拟 集
行为级设计 结 行为级模拟 构 功能模块 级 电 设 路 计 级 设 计 单
性能
成 电 路 的 设
功能块设计 模 模拟 模块
元 级 设
计 流
计 模拟 版 图 设计 级 设 模拟 模拟IC 计
程
EDA技术与ASIC设计 技术与ASIC 1.4 EDA技术与ASIC设计
EDA技术的基本特征 1.2.1 EDA技术的基本特征
现代EDA技术的基本特征是采用高级语言描述，具有系统级 仿真和综合能力，具有开放式的设计环境，具有丰富的元件模型 库等。基本特征主要有： 硬件描述语言设计输入 用硬件描述语言进行电路与系统的设计是当前EDA技术的一 个重要特征，硬件描述语言输入是现代EDA系统的主要输入方式 。
EDA设计的目标和流程 1.3 EDA设计的目标和流程
EDA技术的范畴应包括电子工程师进行产品开发的全过程。 EDA技术可粗略分为系统级、电路级和物理实现级三个层次的辅 助设计过程。EDA技术的范畴如图所示。
数字系统模块化设计 器件模型库系统仿真
数字电路设计
EDA工具 EDA工具
模拟电路设计
FPGA设计 设计
可编程逻辑器件法
可编程逻辑器件是ASIC的一个重要分支。与前面介绍的几类 ASIC不同，它是一种已完成了全部工艺制造、可直接从市场上购 得的产品，用户只要对它编程就可实现所需要的电路功能，所以 称它为可编程ASIC。
ASIC的设计方法 1.4.2 ASIC的设计方法
不同设计方法的综合比较 。
设计方法 设计效率 功能/面积 √ 电路速度 √ 设计出错率 √ 可测性 可重新 设计性 ×
EDA技术及其发展历程 1.1 EDA技术及其发展历程
EDA技术简介 EDA技术简介
EDA即电子设计自动化（Electronic Design Automation），是随着集成电路和计算机技术飞速发 展应运而生的一种快速、有效、高级的电子设计自动 化工具。EDA工具融合了应用电子技术、计算机技术 和智能化技术的最新成果，主要能辅助进行三方面的 设计工作：集成电路（IC）设计、电子电路设计以及 印刷电路板（PCB）设计。
ASIC的设计方法 1.4.2 ASIC的设计方法
ASIC的设计按照版图结构及制造方法分，有全定制和半定制 两种实现方法。全定制法是一种手工设计版图的设计方法，设计 者需要使用全定制版图设计工具来完成。半定制法是一种约束性 设计方法，可再分为门阵列、标准单元和可编程逻辑器件法。
ASIC设计方法 ASIC设计方法
ASIC版图设计 版图设计
PCB设计 设计
混合电路设计
EDA技术的实现目标 1.3.1 EDA技术的实现目标
一般地说，利用EDA技术进行电子系统设计，归纳起来主要 有以下4个应用领域： 印刷电路板（PCB）设计； 集成电路（IC或ASIC）设计； 可编程逻辑器件（FPGA/CPLD）设计； 混合电路设计。
全定制
×
△
标准单元
―
―
○
△
―
○
门阵列
○
△
―
△
―
○
可编程逻 辑器件
√
△
△
×
√
√
注：√最高（最大），○高（大），―中等，△低（小），×最低（最小） 最高（最大），○ ）， ），―中等， ），×最低（最小）
SOC设计 1.4.3 SOC设计
微电子技术的迅速发展，集成电路设计和工艺技术水平有了 很大的提高，单片集成度已经超过上亿个晶体管，从而使得将原 先由许多IC芯片组成的电子系统集成在一个硅片上成为可能，构 成所谓的片上系统（System On a Chip，SOC），或系统芯片。 SOC将系统的主要功能综合到一块芯片中，本质上是在做一种复 杂的IC设计。与普通的集成电路相比，SOC不再是一种功能单一 的单元电路，而是将信号采集、信号处理、输入和输出等完整的 系统功能集成在一起，成为一个专用功能的电子系统芯片。
SOC设计 1.4.3 SOC设计
基于IP模块的SOC设计：嵌入式设计方法中大量采用知识产权 IP模块的复用，就是基于IP模块的SOC设计方法。
IP模型层次 模型层次
含时序的全功能 指令集、体系结构 功 能 总线功能 设 IP模块设计 计 时序模型 设 IP模型生成 计 测试模型 设 设计修正 计 平面物理模型 电规则模型 周期精度的全功能 件 软 序 时 计 设 片 芯 细
EDA技术的优势 1.2.2 EDA技术的优势
传统的数字系统设计一般采用搭“积木块”的手工设计方式 ,相之下，采用EDA技术进行电子系统的设计有着很大的优势： 采用硬件描述语言，便于复杂系统的设计； 强大的系统建模和电路仿真功能； 具有自主的知识产权; 开发技术的标准化和规范化; 全方位地利用计算机的自动设计、仿真和测试技术; 对设计者的硬件知识和硬件经验要求低。
ASIC的特点与分类 1.4.1 ASIC的特点与分类
ASIC的特点 ASIC的特点
与通用集成电路相比，ASIC在构成电子系统时具有以下几个 方面的优越性： （1）缩小体积、减轻重量、降低功耗; （2）提高可靠性; （3）易于获得高性能; （4）可增强保密性; （5）在大批量应用时，可显著降低系统成本。
EDA技术概述 EDA技术概述
1.1
EDA技术及其发展历程 EDA技术及其发展历程 1.2 EDA技术的特征和优势 EDA技术的特征和优势
1.3 1.4 1.5 1.6 1.7
EDA设计的目标和流程 EDA设计的目标和流程 EDA技术与ASIC设计 EDA技术与ASIC设计 技术与ASIC 硬件描述语言 EDA设计工具 EDA设计工具 EDA技术的发展趋势 EDA技术的发展趋势
全定制法
半定制法
门阵列法
标准单元
可编程逻辑器件法
ASIC的设计方法 1.4.2 ASIC的设计方法
全定制法
全定制法是一种基于晶体管级的设计方法，它主要针对要求得 到最高速度、最低功耗和最省面积的芯片设计。为满足这种要求 ，设计者必须使用版图编辑工具从晶体管的版图尺寸、位置及互 连线开始亲自设计，以期得到ASIC芯片的最优性能。
ASIC的设计方法 1.4.2 ASIC的设计方法
门阵列法
门阵列是最早开发并得到广泛应用的ASIC设计技术，它是在一 个芯片上把门排列成阵列形式，严格地讲是把含有若干个器件的 单元排列成阵列形式。
ASIC的设计方法 1.4.2 ASIC的设计方法
标准单元法
标准单元设计是以精心设计好的标准单元库为基础。根据需 要选择库中的标准单元构成电路，然后调用这些标准单元的版图 ，并利用自动布局布线软件完成电路到版图的最终设计。
EDA技术与VHDL EDA技术与VHDL设计 技术与VHDL设计
第1章
EDA技术概述 EDA技术概述
EDA技术概述 EDA技术概述
信息社会的发展离不开集成电路， 信息社会的发展离不开集成电路，现代电 子产品在性能提高、复杂度增大的同时， 子产品在性能提高、复杂度增大的同时，价格 却一直呈下降趋势，而且产品更新换代的步伐 却一直呈下降趋势， 也越来越快。当前集成电路正朝着速度快、 也越来越快。当前集成电路正朝着速度快、容 量大、体积小、功耗低的方向发展。 量大、体积小、功耗低的方向发展。