第
九
数字系统设计自动化
章
数字系统设计自动化
9.1 数字系统设计流程概述
数字化及其设计自动化；基于设计自动化的设计流程、单元库；EDA技术的发展趋势
9.2 硬件描述语言
VHDL语言；Verilog HDL语言
9.3 设计分析与模拟
9.4 自动综合与设计验证
自动综合；设计验证
9.5 系统封装
系统封装
第
九
§9.1 数字系统设计流程概述
章
v/V
t
模拟信号
§9.1.1 数字系统及其设计自动化
一、数字系统的概念
1、自然界物理量:模拟量和数字量
（Analog vs.Digital ）
v/V
t
数字信号
2、采用数字信号的优势
z只有高、低两种电平分别用‘1’‘0’表示；z易于传输信息：抗干扰能力强等；
z易于处理信息:有一定的“逻辑思维”能力；z集成度高，通用性强。
数字逻辑电路（数字电路）：用来处理数字信号的电子线路。各种功能是通过逻辑运算和逻辑判断来实现的。
数字逻辑在电子设备或电子系统中的应用
3、EDA技术发展的三个阶段:
1)早期电子CAD阶段
20世纪70年代EDA技术发展初期。用计算机、二维图形编辑与分析的CAD工具,完成布图布线等高度重复性的繁
杂工作。
2)计算机辅助工程CAE阶段
20世纪80年代，出现了低密度和，相应的EDA开发工具主要解决电路设计没有完成之前的功能检测等问题。
80年代后期，EDA工具已经可以进行初级的设计描述，综合、优化和设计结果验证。
3) 电子设计自动化EDA阶段
20世纪90年代，可编程逻辑器件迅速发展，出现功能强大的全线EDA工具.具有较强抽象描述能力的硬件描述语言（HDL）及高性能综合工具的使用,使过去单功能电子产品开发转向系统级电子产品开发(SOC)。`
开始实现“概念驱动工程”的梦想
§9.1.2 基于设计自动化的设计流程
基本思想：自顶向下（top-down）的设计方法模拟验证工具：SPICE
设计语言：VHDL、Verilog
优点：
⑴方便了从系统级划分和管理整个项目；
⑵简化了设计队伍的管理；
⑶减少了不必要的重复；
⑷提高了设计的一次成功率。
芯片制造与封装测试
物理设计与版图验证逻辑设计与验证寄存器传输级设计
与验证功能设计与功能验证
N
N
系统设计与验证产品需求
基于设计自动化的设计流程
N
深亚微米设计流程
布局布线
逻辑设计
行为设计
系统功能定义
行为仿真与性能评估
布局规划Y
功能测试图案生成
结构仿真与性能评估
Y
时序分析
N
后仿真与性能评估
测试生成芯片制造
Y
N
§9.1.3 单元库
单元库信息：
z物理版图信息
行为模型：高层次描述
VHDL/Verilog语言模型
时间模型：时序性能，时序模型
测试手段
电路草图
单元标识
连线仿真模型
§9.1.4 EDA技术的发展趋势
摩尔定律（Moore’s Law）：每过18个月, IC中晶体管的
集成度增加一倍
z SOC对EDA软件提出了系统级的仿真能力的要求；
z深亚微米设计成功的关键：如何减少互连延迟；
z复杂性和集成度的增加对数据管理提出了高要求；
z如何减少上市时间(Time-to-Market)；
z设计的第三维度：低功耗。
第
九
§9.2 硬件描述语言
章
§9.2.1 VHDL语言
一、什么是VHDL？
VHDL--V HSIC HDL
超高速集成电路硬件描述语言
V—V HSIC (Very High Speed Integrated Circuit) H—H ardware
D—D escription
L—L anguage
二、VHDL的历史
z80年代初由美国国防部在实施超高速集成电路（VHSIC）项目时开发的。
z1987年由IEEE 协会批准为IEEE 工业标准，称为IEEE1076-1987。
z各EDA公司相继推出支持VHDL的设计环境。z1993年被更新为93 标准，即IEEE1076-1993。进一步提高抽象描述层次，扩展系统描述能力。
三、VHDL的作用
1、VHDL打破软、硬件的界限
传统的数字系统设计分为：
硬件设计（硬件设计人员）
软件设计（软件设计人员）
VHDL是电子系统设计者和EDA工具之间的界面。
2、VHDL与C、C++的比较：
C、C++ 代替汇编等语言
VHDL 代替原理图、逻辑状态图等
四、VHDL电路设计
主要描述数字系统的结构、行为、功能和接口VHDL将一个设计(元件、电路、系统)分为：
外部（可视部分：端口）
内部（不可视部分：内部功能,算法）
