《软件开发设计流程》课件
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下面结合一个全加器来说明这四种描述风格，全加器的端 口示意图如图所示，其输入输出关系如表所示。
运算的控制
行为有限状态机、数据流图、控 制流图
寄存器、运算、 布尔方程、二元决策图、有限状
变换
态机
RTL: Register Transfer level
15.04.2020
7
设计层次(3) 寄存器级(数字信号处理)
寄存器 时钟
MUX 选择
寄存器 时钟
alu
15.04.2020
寄存器 时钟
8
数字系统设计层次
S
Q
R
15.04.2020
Q
10
数字系统设计层次
抽象层次 时序单位
系统级
数据处理
算法级
运算步
寄存器变 换级
时钟周期
逻辑门级 延时
电路级 物理时间
基本单元
电路的功能描述
进程及通信
自然语言描述或者相互通信的进 程
运算的控制
行为有限状态机、数据流图、控 制流图
寄存器、运算、 布尔方程、二元决策图、有限状
15.04.2020
5
错误处理
15.04.2020
设计层次(2) 算法级（温度控制）
熄火 熟了
新任务 升温
温度到 达门限
焦了
降温
等待
温度到 达门限
阶段切换
6
数字系统设计层次
抽象层次 时序单位
系统级
数据处理
算法级
运算步
寄存器变 换级
时钟周期
基本单元
电路的功能描述
进程及通信
自然语言描述或者相互通信的进 程
基本单元Βιβλιοθήκη Baidu
电路的功能描述
进程及通信
自然语言描述或者相互通信的进 程
运算的控制
行为有限状态机、数据流图、控 制流图
寄存器、运算、 布尔方程、二元决策图、有限状
变换
态机
逻辑门、器件 （晶体管）
原理图
晶体管、R,L,C 等
电压、电流的微分方程
几何图形
15.04.2020
13
数字系统设计层次
抽象层次 时序单位
版图
15.04.2020
15
❖ 设计在抽象级上需要进行折衷
输入/仿真速度 高
系统说明/行为级
-设计文档/算术描述
详细程度 低
RTL/功能级
-Verilog
门级/结构级
-Verilog
低
版图/物理级
高
-几何图形
一个设计可以用任何层次来表示，当设计从上而下进行时，该设计就逐步接近
物理实现，在表示上就更少了一些抽象。但一个设计所需的细节会随着它在层
调料控制
数据存储
LCD显示控制 键盘控制
15.04.2020
4
数字系统设计层次
抽象层次 时序单位 基本单元
系统级
数据处理 进程及通信
算法级
运算步
运算的控制
电路的功能描述
自然语言描述或者相互通信的进 程
行为有限状态机、数据流图、控 制流图
算法级是对整个系统的数学模型进行建模，一般通过对输入/输 出之间的关系描述，来模拟器件的行为，检验其功能是否正确，而不 考虑具体实现。
第四讲 软件开发设计流程
15.04.2020
1
一、EDA工具软件
1、ALTERA： MAX+PLUS II、QUARTUS II
2、LATTICE： isp EXPERT SYSTEM、 isp Synario ispDesignExpert SYSTEM ispCOMPILER、PAC-DESIGNER
次中的下降而增加。细节不充分会造成不精确的结果，过多的细节则会使该层
次的设计复杂。
15.04.2020
16
2. HDL描述风格
HDL语言有四种不同的描述方式：行为描述方式 （behavior）、数据流描述方式（dataflow）或寄存器RTL描 述方式、结构化描述方式（structural）以及混合描述方式。 VHDL或Verilog通过这四种不同的描述方式从不同的侧面描 述结构体的功能。前三种是最基本的描述方式，他们组合起 来就成为混合描述方式。
原理图
晶体管、R,L,C 等
电压、电流的微分方程
几何图形
15.04.2020
14
借助于EDA软件，将设计从一层次自动转换到另一个层次称之为综合(Synthesis)
系统说明/行为级
-设计文档/算术描述
RTL/功能级
-Verilog
门级/结构级
-Verilog
版图/物理级
-几何图形
行为综合 综合前仿真 逻辑综合 综合后仿真
前 系统级 端 算法级
数据处理 运算步
寄存器变 换级(RTL)
时钟周期
逻辑门级
后 电路级 端
物理（版 图）级
延时 物理时间
基本单元
电路的功能描述
进程及通信
自然语言描述或者相互通信的进 程
运算的控制
行为有限状态机、数据流图、控 制流图
寄存器、运算、 布尔方程、二元决策图、有限状
变换
态机
逻辑门、器件 （晶体管）
抽象层次 时序单位
系统级
数据处理
算法级
运算步
寄存器变 换级
时钟周期
逻辑门级 延时
基本单元
电路的功能描述
进程及通信
自然语言描述或者相互通信的进 程
运算的控制
行为有限状态机、数据流图、控 制流图
寄存器、运算、 布尔方程、二元决策图、有限状
变换
态机
逻辑门、器件 （晶体管）
原理图
15.04.2020
9
设计层次(4) 逻辑门级(RS触发器)
系统设计主要任务是将设计要求转换为明确的、可实现的功能 和技术指标，确定可行的技术方案，且在系统一级（顶层）进行功能 和技术指标的描述。这类描述一般通过文字来表示就可以，不会用 HDL来描述。
15.04.2020
3
实例：智能电烤箱机
设计层次(1) 系统级
信号转换 数据采集 预处理
意外处理
中心主控
火候控制 机械控制
变换
态机
逻辑门、器件 （晶体管）
原理图
晶体管、R,L,C 等
电压、电流的微分方程
15.04.2020
11
设计层次(5) 电路级(CMOS反向器)
15.04.2020
12
数字系统设计层次
抽象层次 时序单位
系统级
数据处理
算法级
运算步
寄存器变 换级
时钟周期
逻辑门级 延时
电路级 物理时间
物理（版 图）级
2
二、数字系统设计层次及HDL描述
1. 数字系统设计层次
抽象层次 时序单位 基本单元 系统级 数据处理 进程及通信
电路的功能描述
自然语言描述或者相互通信的进 程
系统设计是数字系统设计的最高层次。一个系统可以包括若干 芯片。如果是“System on Chip”设计，则在一个系统芯片上，也会 有若干类似于处理器、存储器等这样的部件。
3、XILINX： FOUNDATION、ISE
15.04.2020
4、FPGA Compiler、FPGA Express、Synplify、 Leonardo Spectrum ...
EDA公司 ： CADENCE、EXEMPLAR、 MENTOR GRAPHICS、OrCAD、SYNOPSYS、 SYNPLICITY、VIEWLOGIC、...
运算的控制
行为有限状态机、数据流图、控 制流图
寄存器、运算、 布尔方程、二元决策图、有限状
变换
态机
RTL: Register Transfer level
15.04.2020
7
设计层次(3) 寄存器级(数字信号处理)
寄存器 时钟
MUX 选择
寄存器 时钟
alu
15.04.2020
寄存器 时钟
8
数字系统设计层次
S
Q
R
15.04.2020
Q
10
数字系统设计层次
抽象层次 时序单位
系统级
数据处理
算法级
运算步
寄存器变 换级
时钟周期
逻辑门级 延时
电路级 物理时间
基本单元
电路的功能描述
进程及通信
自然语言描述或者相互通信的进 程
运算的控制
行为有限状态机、数据流图、控 制流图
寄存器、运算、 布尔方程、二元决策图、有限状
15.04.2020
5
错误处理
15.04.2020
设计层次(2) 算法级（温度控制）
熄火 熟了
新任务 升温
温度到 达门限
焦了
降温
等待
温度到 达门限
阶段切换
6
数字系统设计层次
抽象层次 时序单位
系统级
数据处理
算法级
运算步
寄存器变 换级
时钟周期
基本单元
电路的功能描述
进程及通信
自然语言描述或者相互通信的进 程
基本单元Βιβλιοθήκη Baidu
电路的功能描述
进程及通信
自然语言描述或者相互通信的进 程
运算的控制
行为有限状态机、数据流图、控 制流图
寄存器、运算、 布尔方程、二元决策图、有限状
变换
态机
逻辑门、器件 （晶体管）
原理图
晶体管、R,L,C 等
电压、电流的微分方程
几何图形
15.04.2020
13
数字系统设计层次
抽象层次 时序单位
版图
15.04.2020
15
❖ 设计在抽象级上需要进行折衷
输入/仿真速度 高
系统说明/行为级
-设计文档/算术描述
详细程度 低
RTL/功能级
-Verilog
门级/结构级
-Verilog
低
版图/物理级
高
-几何图形
一个设计可以用任何层次来表示，当设计从上而下进行时，该设计就逐步接近
物理实现，在表示上就更少了一些抽象。但一个设计所需的细节会随着它在层
调料控制
数据存储
LCD显示控制 键盘控制
15.04.2020
4
数字系统设计层次
抽象层次 时序单位 基本单元
系统级
数据处理 进程及通信
算法级
运算步
运算的控制
电路的功能描述
自然语言描述或者相互通信的进 程
行为有限状态机、数据流图、控 制流图
算法级是对整个系统的数学模型进行建模，一般通过对输入/输 出之间的关系描述，来模拟器件的行为，检验其功能是否正确，而不 考虑具体实现。
第四讲 软件开发设计流程
15.04.2020
1
一、EDA工具软件
1、ALTERA： MAX+PLUS II、QUARTUS II
2、LATTICE： isp EXPERT SYSTEM、 isp Synario ispDesignExpert SYSTEM ispCOMPILER、PAC-DESIGNER
次中的下降而增加。细节不充分会造成不精确的结果，过多的细节则会使该层
次的设计复杂。
15.04.2020
16
2. HDL描述风格
HDL语言有四种不同的描述方式：行为描述方式 （behavior）、数据流描述方式（dataflow）或寄存器RTL描 述方式、结构化描述方式（structural）以及混合描述方式。 VHDL或Verilog通过这四种不同的描述方式从不同的侧面描 述结构体的功能。前三种是最基本的描述方式，他们组合起 来就成为混合描述方式。
原理图
晶体管、R,L,C 等
电压、电流的微分方程
几何图形
15.04.2020
14
借助于EDA软件，将设计从一层次自动转换到另一个层次称之为综合(Synthesis)
系统说明/行为级
-设计文档/算术描述
RTL/功能级
-Verilog
门级/结构级
-Verilog
版图/物理级
-几何图形
行为综合 综合前仿真 逻辑综合 综合后仿真
前 系统级 端 算法级
数据处理 运算步
寄存器变 换级(RTL)
时钟周期
逻辑门级
后 电路级 端
物理（版 图）级
延时 物理时间
基本单元
电路的功能描述
进程及通信
自然语言描述或者相互通信的进 程
运算的控制
行为有限状态机、数据流图、控 制流图
寄存器、运算、 布尔方程、二元决策图、有限状
变换
态机
逻辑门、器件 （晶体管）
抽象层次 时序单位
系统级
数据处理
算法级
运算步
寄存器变 换级
时钟周期
逻辑门级 延时
基本单元
电路的功能描述
进程及通信
自然语言描述或者相互通信的进 程
运算的控制
行为有限状态机、数据流图、控 制流图
寄存器、运算、 布尔方程、二元决策图、有限状
变换
态机
逻辑门、器件 （晶体管）
原理图
15.04.2020
9
设计层次(4) 逻辑门级(RS触发器)
系统设计主要任务是将设计要求转换为明确的、可实现的功能 和技术指标，确定可行的技术方案，且在系统一级（顶层）进行功能 和技术指标的描述。这类描述一般通过文字来表示就可以，不会用 HDL来描述。
15.04.2020
3
实例：智能电烤箱机
设计层次(1) 系统级
信号转换 数据采集 预处理
意外处理
中心主控
火候控制 机械控制
变换
态机
逻辑门、器件 （晶体管）
原理图
晶体管、R,L,C 等
电压、电流的微分方程
15.04.2020
11
设计层次(5) 电路级(CMOS反向器)
15.04.2020
12
数字系统设计层次
抽象层次 时序单位
系统级
数据处理
算法级
运算步
寄存器变 换级
时钟周期
逻辑门级 延时
电路级 物理时间
物理（版 图）级
2
二、数字系统设计层次及HDL描述
1. 数字系统设计层次
抽象层次 时序单位 基本单元 系统级 数据处理 进程及通信
电路的功能描述
自然语言描述或者相互通信的进 程
系统设计是数字系统设计的最高层次。一个系统可以包括若干 芯片。如果是“System on Chip”设计，则在一个系统芯片上，也会 有若干类似于处理器、存储器等这样的部件。
3、XILINX： FOUNDATION、ISE
15.04.2020
4、FPGA Compiler、FPGA Express、Synplify、 Leonardo Spectrum ...
EDA公司 ： CADENCE、EXEMPLAR、 MENTOR GRAPHICS、OrCAD、SYNOPSYS、 SYNPLICITY、VIEWLOGIC、...