CPLD-FPGA的开发与应用详解

1.2 EDA技术基本特征及其优势
EDA技术在设计方法与手段、设计规模与效率等方面和传统设计有很大区别 • 硬件描述语言HDL输入方式使得硬件电路的设计如同修改软件程序 一样快捷方便，可提高设计灵活性。
• 自顶向下Top-down设计方法是一种从抽象到具体,从模块到电路的 行为设计方式，可提高设计效率，便于系统级设计。 • 逻辑综合与逻辑优化等计算机自动设计技术的全方位应用使得电 子系统设计的自动化程度更高，且直面产品设计。 • 设计语言的标准化、开发工具的规范化以及丰富的器件库使得电 子系统设计具有一定的开放通用性及良好的可移植性与可测试性。 • 大规模可编程器件CPLD/FPGA的应用使得电子产品集成化程度更高， 可构建片上系统(SOC),且可现场编程或在线修改升级。 • 多功能的软硬件开发工具具有强大的系统建模与时序仿真能力， 可缩短开发周期，降低开发成本；集成开发环境对设计者要求降低。
传统设计与计辅设计EDA
传统设计
设计用器件 设计手段 设计方法 设计规模 设计效果 设计输入文件 中小规模分立器件 人工设计、校验、搭接 自底向上 Bottom-up 规模小、体积大、可靠性差 开发周期长、效率低、成本高 电路图纸，说明文件
计辅设计 EDA
大规模 PLD 芯片 计辅分析、仿真、下载配置 自顶向上 Top-down 规模大、集成化、可靠性高 开发周期短、效率高、成本低 原理图，波形图，HDL
（ 1）原理图输入方式 ：利用 EDA工具提供的 图形编辑器 以原理图的方式进
行输入。原理图输入方式比较容易掌握，直观且方便，所画的电路原理图与 传统的器件连接方式完全一样，很容易被人接受，而且编辑器中有许多现成 的单元器件可以利用，自己也可以根据需要设计元件。然而原理图输入法的 优点同时也是它的缺点：①随着设计规模增大，对于图中密密麻麻的电路连 线，设计的易读性迅速下降，尤其是当规模达到一定程度时这种输入方式将 无法胜任；②一旦输入完成，电路结构几乎无法改变：难以移植、难以存档、 难以交流、难以交付，因为不可能存在一个标准化的原理图编辑器。
4．VHDL-RTL级建模
8．功能仿真
12．设计完成
仿真验证 下载测试
自顶向下的设计流程
EDA设计流程
设计准备 设计输入 设计处理
编译/检查 建模/化简 优化/综合 布局/适配 网表提取
EDA开发工具
• • • • • •
设计输入编辑器
EDA
检查/分析器 优化/综合器 布局/布线适配器 功能/时序仿真器 编程下载器
1.1 EDA技术发展概况
EDA技术是一门综合性技术，它融合多学科于一体，又渗透应用于 多学科之中，其发展历程与集成电路制造技术、在系统可编程技术、 计算机辅助设计及应用技术的发展同步。
20世纪70年代CAD EDA技术的发展 分为三个阶段 20世纪80年代CAE
20世纪90年代EDA
进入21世纪后，随着基于EDA的SOC(片上系统)设计技术的发展， 软硬核功能库的建立，EDA技术开始步入崭新阶段： 1）在FPGA上实现DSP（数字信号处理）应用成为可能 2）在一片FPGA中实现一个完备的数字处理系统SOC成为可 能 3）功能强大的EDA软件不断推出 4）电子技术领域全方位融入EDA技术 5）软硬IP(Intellectual Property)核在电子领域广泛应用 6）基于EDA的用于ASIC设计的标准单元已涵盖大规模电子系统 7）复杂电子系统的设计和验证趋于简单 8）SoPC高效低成本设计技术趋于成熟 专家认为，21世纪将是 EDA技术快速发展时期， 将使得电子技术领域 各学科的界线更加模糊(软/硬件,模块/系统,方案/实现等)，更加互为包容 其应用更为广泛，EDA技术将成为对21世纪产生重大影响的十大技术之一。
CPLD/FPGA的开发与应用
课程教学内容
•现代电子系统设计方法--- EDA技术
•现代电子系统实现手段---大规模PLD •现代电子系统设计描述--- HDL语言 •现代电子系统设计流程--- 自顶向下 •现代电子系统开发平台--- EDA工具

参考教材及资料
徐志军等，EDA技术与PLD设计，人民邮电出版社
潘松等， EDA技术与VHDL，清华大学出版社 潘松等， VHDL实用教程，电子科技大学出版社 甘历等， VHDL应用与开发实践，科学出版社 侯伯亨等，现代数字系统设计，西安电子科技大学出版社 徐志军等，CPLD/FPGA的开发与应用，电子工业出版社 郭勇等， EDA技术基础，机械工业出版社 顾斌等， 数字电路EDA设计，西安电子科技大学出版社 http://www.edacn.net http://www.21ic.com http://www.embed.com.cn
仿真验证
下载测试
集 成 开 发 环 境
基于EDA工具的开发过程
设计输入 逻辑综合 布线前仿真
逻辑函数级仿真 器件适配、布局、布线 时序仿真 下载编程 HDL Shematic 混合输入
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
目标适配
布线后仿真 下载测试
对于目标器件为FPGA/CPLD的EDA设计基本流程如下:
1．设计输入
常用的设计输入方式有三种：


第1章
EDA技术概述
伴随着 2l 世纪信息化时代的到来，对电子产品在 性能 、 规模 、 复杂度 和 集成度 等方面的要求越来越高。与模拟系统相比数字系统 具有抗干扰能力强，工作稳定可靠，便于大规模集成，易于实现小 型化、模块化、低功耗等优点，因此 数字化技术 己渗透到科研、生 产和人们日常生活的各个方面， 数字化、智能化、高度集成化成为
现代电子产品的重要标志，也引发了电子系统构建方式的改变。
电子系统构建方式的改变带来电子产品设计方法的变革，目前， 现代电子设计技术的核心已转向基于计算机的电子设计自动化技术， 即EDA(Electronic Design Automation)技术。
EDA是在CAD基础上发展起来的计算机辅助设计系统，是以大规模可 编程逻辑器件为设计载体，以硬件语言为主要设计描述，以计算机软 硬件开发系统为设计工具，自动完成集成电子系统设计的一门新技术。
高效率的EDA设计依赖于其自顶向下的设计流程和功能强大的开发工具
1.3 EDA设计流程与开发工具
设计准备
1．设计说明书 5．前端功能仿真 9．结构综合
设计输入 设计处理
2．建立VHDL行为模型
6．逻辑综合
10．门级时序仿真
3．VHDL行为仿真
7．测试向量生成
11．硬件测试
编译/检查 建模/化简 优化/综合 布局/适配 网表提取