EDA技术概述
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EDA技术概述
时代。复杂可编程逻辑器件已进入商用；
20世纪90年代，随着硬件描述语言的标
准化得到进一步的确立，计算机辅助工程、 辅助分析和辅助设计在电子技术领域获得 更加广泛的应用。
EDA技术在进入21世纪后，得到了更大 的发展： 电子设计成果自主知识产权； 仿真和设计EDA软件不断推出； 电子技术全方位纳入EDA领域传统设计 建模理念发生重大变化； EDA使得电子领域各学科的界限更加模 糊更加互为包容； 更大规模的FPGA和CPLD器件的不断推 出；
作用：设计师用HDL描绘出硬件的结 构或硬件的行为，再用设计工具将这 些描述综合成与半导体工艺有关的硬 件配置文件。实际上，HDL是用来表 达设计意图的。
硬件描述语言HDL是EDA技术的重要组成 部分，常见的HDL有下列几种： •VHDL
VHDL的英文全名是 •Verilog HDL VHSIC（Very high speed integrated circuit) Hardware •System Verilog Description Language，于 1983年由美国国防部发起创 •Sytem C 建，由IEEE时一步发展并在 1987年作为“IEEE标准1076” 发布。
图1-32 FPGA查找表单元：
输入1 输入2 输入3 输入4
查找表 LUT
输出
图1-33 FPGA查找表单元内部结构
输入A
0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1
A1 A1 A0 A 0 与阵列（固定）
F1
F0
A0 A 0 A1 A1 与阵列（固定）
F1
F0
1.1.3.4 CPLD结构与工作原理 CPLD可分为三块结构：宏单元 （Marocell)，可编程连线（PIA)和I/O 控制块。 宏单元是PLD的基本结构，由 它来实现基本的逻辑功能。每个宏单元 含有一个可编程的与阵列和固定的或阵 列，以及一个可配置寄存器。每个宏单 元的共享扩展乘积项和高速并联扩展乘 积项。可编程连线负责信号传递，连接 所有的宏单元。
20世纪90年代，随着硬件描述语言的标
准化得到进一步的确立，计算机辅助工程、 辅助分析和辅助设计在电子技术领域获得 更加广泛的应用。
EDA技术在进入21世纪后，得到了更大 的发展： 电子设计成果自主知识产权； 仿真和设计EDA软件不断推出； 电子技术全方位纳入EDA领域传统设计 建模理念发生重大变化； EDA使得电子领域各学科的界限更加模 糊更加互为包容； 更大规模的FPGA和CPLD器件的不断推 出；
作用：设计师用HDL描绘出硬件的结 构或硬件的行为，再用设计工具将这 些描述综合成与半导体工艺有关的硬 件配置文件。实际上，HDL是用来表 达设计意图的。
硬件描述语言HDL是EDA技术的重要组成 部分，常见的HDL有下列几种： •VHDL
VHDL的英文全名是 •Verilog HDL VHSIC（Very high speed integrated circuit) Hardware •System Verilog Description Language，于 1983年由美国国防部发起创 •Sytem C 建，由IEEE时一步发展并在 1987年作为“IEEE标准1076” 发布。
图1-32 FPGA查找表单元：
输入1 输入2 输入3 输入4
查找表 LUT
输出
图1-33 FPGA查找表单元内部结构
输入A
0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1
A1 A1 A0 A 0 与阵列（固定）
F1
F0
A0 A 0 A1 A1 与阵列（固定）
F1
F0
1.1.3.4 CPLD结构与工作原理 CPLD可分为三块结构：宏单元 （Marocell)，可编程连线（PIA)和I/O 控制块。 宏单元是PLD的基本结构，由 它来实现基本的逻辑功能。每个宏单元 含有一个可编程的与阵列和固定的或阵 列，以及一个可配置寄存器。每个宏单 元的共享扩展乘积项和高速并联扩展乘 积项。可编程连线负责信号传递，连接 所有的宏单元。
第1章 EDA技术概述
HDL具有C语言的风格，语言易学易用，但是可移植 性较差，只能在Altera公司的开发系统上使用，因此限制 了它的使用范围。
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
11
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。
精选2021版课件
9
1.2 EDA技术的知识体系
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
11
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。
精选2021版课件
9
1.2 EDA技术的知识体系
简述eda技术
简述eda技术EDA技术，即电子设计自动化技术（Electronic Design Automation），是应用计算机技术和软件工具来辅助电子系统的设计、验证和制造的一种技术。
EDA技术在电子系统设计领域起到了重要的作用，大大提高了设计效率和产品质量。
EDA技术主要包括电子系统级设计（ESL）、硬件描述语言（HDL）、逻辑综合、电路仿真、布局布线、测试和制造等方面。
其中，硬件描述语言是EDA技术的核心之一。
硬件描述语言是一种用于描述电子系统结构和行为的高级语言，常用的硬件描述语言有VHDL和Verilog。
通过硬件描述语言，设计工程师可以方便地描述电路的逻辑功能和时序特性，实现电路设计的高效、精确和灵活。
逻辑综合是EDA技术中的重要环节，它将高级语言描述的电路转化为门级电路的表示。
逻辑综合过程中，常常涉及到逻辑优化、时序优化和面积优化等技术。
逻辑综合的目标是使电路满足特定的性能指标，如时序约束、功耗限制和面积约束等，同时尽量减少电路的成本和设计周期。
电路仿真是EDA技术中另一个重要的环节，它通过计算机模拟电路的行为，验证电路的正确性和性能是否满足设计要求。
电路仿真可以分为功能仿真和时序仿真两个层次。
功能仿真主要验证电路的逻辑功能是否正确，而时序仿真则进一步验证电路的时序特性是否满足设计要求。
通过仿真，设计工程师可以及时发现和解决电路设计中的问题，提高设计的可靠性和稳定性。
布局布线是EDA技术中的另一个重要环节，它主要负责将逻辑电路映射到物理布局上，并进行连线。
布局布线过程中，需要考虑到电路的时序约束、功耗和面积等因素，以及避免电路中的时序冲突和信号干扰等问题。
布局布线的目标是使电路在给定的约束条件下，尽量满足性能要求，并达到最佳的物理布局效果。
测试是EDA技术中的另一个重要环节，它主要用于验证电路的正确性和可靠性。
测试过程中，常常需要设计和生成一系列的测试模式，以覆盖电路的所有可能工作状态，并通过测试模式来判断电路的输出是否与预期一致。
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
EDA技术
PLD
4）CPLD与FPGA的异同：
• 内部绕线不同：由于FPGA的绕线是属于分段式，这将造成内部延 迟时间不固定，致使新手不易学习。但CPLD的绕线是属于连续式， 内部延迟时间固定，较容易设计和使用。 • 门数不同：CPLD的接线单纯，芯片内的门数FPGA多。如Altera公 司生产的FLEX系列（RAM形式）、MAX系列（ROM形式）都属于 CPLD的类型，而Xilinx公司生产的Spartan系列（RAM形式）则属 于FPGA类型。
FPGA、CPLD和其他类型PLD的结构各有其特点和长处，但概括起来 由三部分组成：一个二维的逻辑块阵列、输入/输出块、连接逻辑块的 互连资源。 逻辑阵列块 对于每个LAB，输入 ， 对于每个 信号来自3部分 部分： 信号来自 部分： （1）来自作为通用逻辑输 ） 入的PIA的36个信号； 个信号； 入的 的 个信号 （2）来自全局控制信号， ）来自全局控制信号， 用于寄存器辅助功能； 用于寄存器辅助功能； （3）从I/O引脚到寄存器 ） 引脚到寄存器 的直接输入通道。 的直接输入通道。
第1章 EDA技术概述
EDA技术
EDA (Electronic Design Automation)
EDA技术就是依赖功能强大的计算机，在EDA工具软件 技术就是依赖功能强大的计算机， 技术就是依赖功能强大的计算机 工具软件 平台上，对以硬件描述语言 平台上，对以硬件描述语言HDL (Hardware Description Language)为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动地完 为系统逻辑描述手段完成的设计文件， 为系统逻辑描述手段完成的设计文件 成逻辑编译、化简、分割、综合、 成逻辑编译、化简、分割、综合、布局布线以及逻辑优化和 仿真测试，直至实现既定的电子线路系统功能。 仿真测试，直至实现既定的电子线路系统功能。 EDA技术为现代电子理论和设计的表达与实现提供了可能性。 技术为现代电子理论和设计的表达与实现提供了可能性。 技术为现代电子理论和设计的表达与实现提供了可能性
第1章 EDA技术概述
10
1.2 传统设计方法与EDA方法的区别 传统设计方法与EDA方法的区别
传统的数字系统设计方法是自下而上的设计 方法，是以固定功能元件为基础，基于电路 方法，是以固定功能元件为基础， 板的设计方法，主要设计文件是电路原理图。 板的设计方法，主要设计文件是电路原理图。
11
问题的提出（实例） 问题的提出（实例）
24
所谓功能仿真，是直接对 所谓功能仿真，是直接对VHDL、原理图描述或其 、 他描述形式的逻辑功能进行测试模拟， 他描述形式的逻辑功能进行测试模拟，以了解其实 现的功能是否满足原设计要求的过程， 现的功能是否满足原设计要求的过程，仿真过程不 涉及任何具体器件的硬件特性。功能仿真不经历适 涉及任何具体器件的硬件特性。 配阶段，是将综合后的VHDL网表文件送到 配阶段，是将综合后的 网表文件送到VHDL 网表文件送到 仿真器中所进行的仿真。 仿真器中所进行的仿真。直接进行功能仿真的好处 是设计耗时短，对硬件库、综合器等没有任何要求。 是设计耗时短，对硬件库、综合器等没有任何要求。
16
EDA技术为电子系统设计带来了这样的变化： 技术为电子系统设计带来了这样的变化： 技术为电子系统设计带来了这样的变化
（1）设计效率提高，设计周期缩短； ）设计效率提高，设计周期缩短； （2）设计质量提高； ）设计质量提高； （3）设计成本降低； ）设计成本降低； （4）能更充分地发挥设计人员的创造性； ）能更充分地发挥设计人员的创造性； （5）设计成果的重用性大大提高，省去了不必要 ）设计成果的重用性大大提高， 的重复劳动。 的重复劳动。
2
手工设计： 手工设计：设计者 + 纸 + 笔 自动设计： 自动设计：设计者 + EDA技术 技术
3
1.2 传统设计方法与EDA方法的区别 传统设计方法与EDA方法的区别
传统的数字系统设计方法是自下而上的设计 方法，是以固定功能元件为基础，基于电路 方法，是以固定功能元件为基础， 板的设计方法，主要设计文件是电路原理图。 板的设计方法，主要设计文件是电路原理图。
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问题的提出（实例） 问题的提出（实例）
24
所谓功能仿真，是直接对 所谓功能仿真，是直接对VHDL、原理图描述或其 、 他描述形式的逻辑功能进行测试模拟， 他描述形式的逻辑功能进行测试模拟，以了解其实 现的功能是否满足原设计要求的过程， 现的功能是否满足原设计要求的过程，仿真过程不 涉及任何具体器件的硬件特性。功能仿真不经历适 涉及任何具体器件的硬件特性。 配阶段，是将综合后的VHDL网表文件送到 配阶段，是将综合后的 网表文件送到VHDL 网表文件送到 仿真器中所进行的仿真。 仿真器中所进行的仿真。直接进行功能仿真的好处 是设计耗时短，对硬件库、综合器等没有任何要求。 是设计耗时短，对硬件库、综合器等没有任何要求。
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EDA技术为电子系统设计带来了这样的变化： 技术为电子系统设计带来了这样的变化： 技术为电子系统设计带来了这样的变化
（1）设计效率提高，设计周期缩短； ）设计效率提高，设计周期缩短； （2）设计质量提高； ）设计质量提高； （3）设计成本降低； ）设计成本降低； （4）能更充分地发挥设计人员的创造性； ）能更充分地发挥设计人员的创造性； （5）设计成果的重用性大大提高，省去了不必要 ）设计成果的重用性大大提高， 的重复劳动。 的重复劳动。
2
手工设计： 手工设计：设计者 + 纸 + 笔 自动设计： 自动设计：设计者 + EDA技术 技术
3
EDA技术详细介绍
EDA技术详细介绍EDA技术详细介绍1.EDA技术的概念EDA技术是在电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统，是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。
利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成。
现在对EDA的概念或范畴用得很宽。
包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA的应用。
目前EDA技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。
例如在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉及到EDA技术。
本文所指的EDA技术，主要针对电子电路设计、PCB设计和IC设计。
EDA设计可分为系统级、电路级和物理实现级。
2EDA常用软件EDA工具层出不穷，目前进入我国并具有广泛影响的EDA软件有：multiSIM7(原EWB的最新版本)、PSPICE、OrCAD、PCAD、Protel、Viewlogic、Mentor、Graphics、Synopsys、LSIIogic、Cadence、MicroSim等等。
这些工具都有较强的功能，一般可用于几个方面，例如很多软件都可以进行电路设计与仿真，同进还可以进行PCB自动布局布线，可输出多种网表文件与第三方软件接口。
下面按主要功能或主要应用场合，分为电路设计与仿真工具、PCB设计软件、IC设计软件、PLD设计工具及其它EDA软件，进行简单介绍。
2.1电子电路设计与仿真工具我们大家可能都用过试验板或者其他的东西制作过一些电子制做来进行实践。
但是有的时候，我们会发现做出来的东西有很多的问题，事先并没有想到，这样一来就浪费了我们的很多时间和物资。
而且增加了产品的开发周期和延续了产品的上市时间从而使产品失去市场竞争优势。
EDA技术
EDA技术1 EDA技术概述利用EDA技术(特指IES/ASIC自动设计技术)进行电子系统的设计，具有以下几个特点：①用软件的方式设计硬件；②用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关的开发软件自动完成的；③设计过程中可用有关软件进行各种仿真；④系统可现场编程，在线升级；⑤整个系统可集成在一个芯片上，体积小、功耗低、可靠性高。
因此，EDA技术是现代电子设计的发展趋势。
2 EDA发展过程a) 20世纪70年代的计算机辅助设计CAD阶段早期的电子系统硬件设计采用的是分立元件，随着集成电路的出现和应用，硬件设计进入到发展的初级阶段。
初级阶段的硬件设计大量选用中、小规模标准集成电路。
由于设计师对图形符号使用数量有限，因此传统的手工布图方法无法满足产品复杂性的要求，更不能满足工作效率的要求。
b)20世纪80年代的计算机辅助工程设计CAE阶段初级阶段的硬件设计是用大量不同型号的标准芯片实现电子系统设计的。
随着微电子工艺的发展，相继出现了集成上万只晶体管的微处理器、集成几十万直到上百万储存单元的随机存储器和只读存储器。
伴随着计算机和集成电路的发展，EDA技术进入到计算机辅助工程设计阶段。
20世纪80年代初推出的EDA工具则以逻辑模拟、定时分析、故障仿真、自动布局和布线为核心，重点解决电路设计没有完成之前的功能检测等问题。
利用这些工具，设计师能在产品制作之前预知产品的功能与性能，能生成产品制造文件，使设计阶段对产品性能的分析前进了一大步.c) 20世纪90年代电子系统设计自动化EDA阶段为了满足千差万别的系统用户提出的设计要求，最好的办法是由用户自己设计芯片，让他们把想设计的电路直接设计在自己的专用芯片上。
微电子技术的发展，特别是可编程逻辑器件的发展，使得微电子厂家可以为用户提供各种规模的可编程逻辑器件，使设计者通过设计芯片实现电子系统功能。
EDA工具的发展，又为设计师提供了全线EDA工具。
这个阶段发展起来的EDA工具，目的是在设计前期将设计师从事的许多高层次设计工作由工具来完成，如可以将用户要求转换为设计技术规范，有效地处理可用的设计资源与理想的设计目标之间的矛盾，按具体的硬件、软件和算法分解设计等。
eda技术
eda技术第一篇：EDA技术介绍EDA技术，即电子设计自动化技术，是一种在电子设计中使用计算机技术的过程。
在电路和系统设计中，EDA技术主要用于快速而准确地评估设计的可行性，优化电路和系统性能，和验证所设计电路的正确性。
EDA技术通常可以分为两种类型：一是电路级别的EDA，二是系统级别的EDA。
电路级别的EDA主要面向的是集成电路设计，这个设计阶段涵盖电路的物理层实现，包括电路布局、线路与器件的互连、连接的栅极以及多种电路元件。
电路级别的EDA技术可利用模拟分析、电子电路仿真和布局设计等方法对电路进行分析和验证，检查设计是否符合规范、是否能够实现系统的功能要求。
因此，电路级别的EDA技术可以使设计人员加速电路设计周期，降低设计风险。
系统级别的EDA主要面向设计系统，这个设计阶段涵盖硬件和软件，而且可用于企业级应用，比如云计算和大数据的处理。
系统级别的EDA技术可以将各个关键的电路集成到不同的硬件对象中，将运行系统的软件改进，优化系统的总体性能，以确保系统在设计的整个寿命周期内，都能够顺利运行。
EDA技术是一项技术活动，可以将所有与电路、系统和设计有关的过程，自动化和管理在一起，从而大大提高了电子设计的速度和准确性，并降低了电路和系统设计的风险。
EDA技术的发展处于不断更新和进步的状态，并将随着技术和市场需求的不断变化而自动更新。
未来的EDA技术将继续引领电子设计的浪潮，成为现代电子产业中不可或缺的技术支撑。
第二篇：EDA技术应用领域EDA技术是随着计算机技术、信息技术等领域的迅速发展而不断完善和更新的。
在现今的电子设计和制造领域，EDA技术已经成为电子产品制造过程中不可或缺的关键技术，影响了整个电子产品制造领域。
1. 电路芯片设计：EDA技术的初始应用领域就是电路芯片设计，它可以帮助电子设计人员优化电路的结构、布局和互连，比如硬件模拟器和逻辑仿真软件等，加快芯片设计过程，降低生产成本。
2. PCB设计与制造：EDA技术使得电路板制造过程中的元件选择、电路布局、网络连接和元器件的适应性与性能评测等过程得以自动化。
eda技术概述
题目：基于FPGA的嵌入式车载终端的设计
vcc
FPGA GPS模块 液晶的嵌入式车载终端的设计
设计题目：基于FPGA的多功能移相式函数信号发 生器的设计
FPGA
单 片 机 IP 核 DDS 液晶显示
矩阵键盘
D/A 转换
示波器
设计题目：基于FPGA的多功能移相式函数信号发生器的设计
二、EDA设计几大部分 1、硬件描述语言（HDL:hardware description language） 常用的语言： VHLD语言 ------ 1987年作为硬件描述语言, 分为87版和93版 Verilog HDL语言 比较：VHDL系统抽象能力和功能描述能力强 Verilog HDL：更贴近硬件 教学主要讲VHDL语言
一、EDA技术的定义 狭义的定义 定义：以硬件描述语言为主要的表达方式，，以EDA 软件为开发软件，以大规模可编程器件为设计载体 的电子产品设计过程。 EDA技术的核心：利用计算机完成电子电路设计全程 自动化 EDA设计的目标：完成专用集成电路的设计（ASIC） ASIC:Application Special Integrated Circuit （有专门用途和特点功能的独立集成电路器件）
频率和相位差相等时，选择不同波形
设计题目：基于FPGA的多功能移相式函数信号发生器的设计
波形和相位差相等时，选择不同频率
波形和频率相等时，选择不同相位差
设计题目：基于FPGA的UART串行通信接口设计
设计题目：基于FPGA的UART串行通信接口设计
设计题目：基于FPGA的UART串行通信接口设计
本学期本课程的学习目标:
熟练掌握VHDL硬件描述语言的语法和语句， 熟练使用EDA软件Quartus软件 设计电子器件和电路。
EDA技术概述
2
2．EDA技术的历史 ▪ 以计算机科学、微电子技术的发展为基础 ▪ 汇集了计算机图形学、拓扑学和计算数学等学科的最新成果
3个发展阶段
（1）CAD（Computer-Aided Design）阶段（1964~1978）
➢ “上帝时代” ➢ 最早的EDA技术：电路模拟、逻辑模拟、MOS同步和模拟、
PCB布局、线路布线和标准电池等技术 ➢ 只能进行PCB板布局布线和简单版图绘制
➢ 优化：采用优化算法，将设计简化，去除冗余项，提高系统运行 速度。
（3）并行工程
➢ 定义：一种系统化的、集成化的、并行的产品及相关过程（指制 造和维护）的开发模式。
➢ 现代EDA工具建立了并行工程框架结构的开发环境，支持多人同
时并行进行设计。
一种软件平台结构
（4）开放性和标准化
➢ 开放性： EDA工具只要具有符合标准的开放式框架结构，就可 以接纳其他厂商的EDA工具一起进行设计——资源共享
3
（2）CAE（Computer-Aided Engineering）阶段（1978~1997）
➢ “英雄时代” ➢ 电子CAD工具逐步完善，单点工具集成化 ➢ 并从技术上向CAE过渡：诞生了先进的布局和布线、逻辑综合、
HDL语言、模拟加速器和仿真器以及高级综合等技术
（3）EDA阶段（1993~现在）
7
5．EDA技术发展的现状
▪ EDA技术在进入21世纪后，得到了更大的发展，突出表现在以下几 个方面： ➢ 使电子设计成果以自主知识产权的方式得以明确表达和确认成 为可能； ➢ 在设计和仿真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。 ➢ 电子技术全方位纳入EDA领域； ➢ EDA使得电子领域各学科的界限更加模糊，更加互为包容； ➢ 更大规模的FPGA和CPLD器件不断推出； ➢ 基于EDA工具的ASIC设计标准单元已涵盖大规模电子系统及IP 核模块； ➢ 软硬件IP核在电子行业的产业领域、技术领域和设计应用领域 得到进一步确认； ➢ SoC高效低成本设计技术的成熟。
2．EDA技术的历史 ▪ 以计算机科学、微电子技术的发展为基础 ▪ 汇集了计算机图形学、拓扑学和计算数学等学科的最新成果
3个发展阶段
（1）CAD（Computer-Aided Design）阶段（1964~1978）
➢ “上帝时代” ➢ 最早的EDA技术：电路模拟、逻辑模拟、MOS同步和模拟、
PCB布局、线路布线和标准电池等技术 ➢ 只能进行PCB板布局布线和简单版图绘制
➢ 优化：采用优化算法，将设计简化，去除冗余项，提高系统运行 速度。
（3）并行工程
➢ 定义：一种系统化的、集成化的、并行的产品及相关过程（指制 造和维护）的开发模式。
➢ 现代EDA工具建立了并行工程框架结构的开发环境，支持多人同
时并行进行设计。
一种软件平台结构
（4）开放性和标准化
➢ 开放性： EDA工具只要具有符合标准的开放式框架结构，就可 以接纳其他厂商的EDA工具一起进行设计——资源共享
3
（2）CAE（Computer-Aided Engineering）阶段（1978~1997）
➢ “英雄时代” ➢ 电子CAD工具逐步完善，单点工具集成化 ➢ 并从技术上向CAE过渡：诞生了先进的布局和布线、逻辑综合、
HDL语言、模拟加速器和仿真器以及高级综合等技术
（3）EDA阶段（1993~现在）
7
5．EDA技术发展的现状
▪ EDA技术在进入21世纪后，得到了更大的发展，突出表现在以下几 个方面： ➢ 使电子设计成果以自主知识产权的方式得以明确表达和确认成 为可能； ➢ 在设计和仿真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。 ➢ 电子技术全方位纳入EDA领域； ➢ EDA使得电子领域各学科的界限更加模糊，更加互为包容； ➢ 更大规模的FPGA和CPLD器件不断推出； ➢ 基于EDA工具的ASIC设计标准单元已涵盖大规模电子系统及IP 核模块； ➢ 软硬件IP核在电子行业的产业领域、技术领域和设计应用领域 得到进一步确认； ➢ SoC高效低成本设计技术的成熟。
EDA技术的基础知识
EDA技术的基础知识目录一、EDA技术概述 (2)1. EDA技术定义与发展历程 (3)2. EDA技术应用领域及重要性 (4)二、EDA工具软件介绍 (5)1. EDA软件分类与特点 (6)2. 常用EDA软件工具及其功能介绍 (8)三、数字电路设计基础 (9)1. 数字电路概述及特点 (11)2. 数字电路基本原理与器件类型 (12)3. 数字逻辑代数及逻辑设计基础 (14)四、模拟电路设计基础 (15)1. 模拟电路概述及特点 (17)2. 模拟电路基本原理与器件参数分析 (18)3. 模拟电路设计与仿真分析 (19)五、EDA设计流程与实现方法 (20)1. 设计需求分析 (22)2. 设计原理框图与功能验证 (23)3. 逻辑设计与仿真验证 (24)4. 物理设计与布局布线优化 (26)5. 测试验证与可靠性分析 (27)六、EDA技术中的关键概念与技术点解析 (28)1. 原理图输入与混合信号仿真技术解析 (29)2. 布局布线优化算法与技巧探讨 (30)3. 自动化测试生成与验证技术介绍 (32)4. EDA设计中的知识产权保护问题探讨等）进一步深入介绍不同章节内容34七、设计流程详细解析 (36)一、EDA技术概述EDA技术，即电子设计自动化（Electronic Design Automation），是电子工程领域的一门重要技术。
它利用计算机辅助设计（CAD）软件，来完成超大规模集成电路（VLSI）芯片的功能设计、综合、验证、物理设计等一系列流程。
EDA技术能够大大提高电子设计的效率和可靠性，降低设计成本，缩短产品上市时间。
随着半导体技术的飞速发展，集成电路（IC）的设计越来越复杂，传统的硬件描述语言（如Verilog HDL和VHDL）已经无法满足设计需求。
EDA技术应运而生，成为电子设计领域的重要工具。
EDA技术涵盖了数字电路设计和模拟电路设计两个方面。
数字电路设计主要关注逻辑电路的设计和实现，包括组合逻辑电路、时序逻辑电路等。
EDA技术概述
1.2 EDA技术实现目标
目标：是完成专用集成电路ASIC的设计和实现
ASIC（ApplicationSpecific Integrated Circuit）： 专门为某一应用领域或某一专门用户需要而设计制造的LSI或VLSI 电路。
专用集成电路ASIC是厂家按用户的具体要求(如功能、性能或技术 等)，为用户的特定系统定制的集成电路。如彩电RGB三基色处理芯片、
ENTITY counter IS PORT(
clk:IN STD_LOGIC; rs: IN STD_LOGIC; count_out: OUT STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0)); END counter;
ARCHITECTURE behav OF counter IS
特点： ▼ 20世纪90年代以来， 微电子技术以惊人的速度发展， 其工艺水平达到深亚微米级， 在一个芯片上可集成数百 万乃至上千万只晶体管， 工作速度可达到GHz对EDA系 统提出了更高的要求。 ▼出现了以高级语言描述、 系统仿真和综合技术。
不仅极大地提高了系统的设计效率， 而且使设计人员摆 脱了大量的辅助性及基础性工作， 将精力集中于创造性 的方案与概念的构思上。
一下启/停开关，计时器终止计时；）
主要步骤：
1.根据系统对硬件的要求，详细编制技术规格书，并画出 系统控制流图；
2.根据技术规格书和系统控 制流图，对系统功能进行 细化，合理地划分功能模 块，并画出系统的功能框 图；
3.进行功能模块的细化和电 路设计；
4.各模块电路设计、调试完 成后，将各功能模块的硬 件电路连接起来再进行系 统的调试，最后 完成整个 系统的硬件设计； （特点：整个设计从最 底层开始设计，直到最高 层设计完毕）
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。
EDA技术概述
局限： 大部分从原理图出发的EDA工具仍然不能适应复杂
电子系统的设计要求，而具体化的元件图形制约着优化 设计。
2021/4/16
9
3）.电子系统设计自动化EDA阶段
EDA工具不仅具有电子系统设计的能力，而且 能提供独立于工艺和厂家的系统级设计能力，具有 高级抽象的设计构思手段。
设计工具完全集成化，可以实现以HDL语言为主 的系统级综合与仿真，从设计输入到版图的形成， 几乎不需要人工干预，因此整个流程实现自动化。 该阶段的EDA的发展还促进设计方法的转变，由传 统的自底向上的设计方法逐渐转变为自顶向下的设 计方法。
Integrated Circuit)的设计－－全定制芯片.可以从用P、N半
导体材料设计晶体管开始设计电子系统(也称为版图级设计
）。
EDA技术的进步表现在：
使得设计者的工作仅限于软件方式，即利用硬件描述语
言和EDA软件来完成对系统硬件功能的实现。
2021/4/16
5
1.1 电子设计自动化技术及其发展
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
2021/4/16
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
6
EDA技术发展分为三个阶段 ：
1）．20世纪70年代的计算机辅助设计CAD（Computer Aided Design）阶段
2021/4/16
2
1.1 电子设计自动化技术及其发展
EDA技术的涵义 广义的EDA技术、狭义EDA技术
广义定义： 以计算机硬件和系统软件为基本工作平台，继承和借
电子系统的设计要求，而具体化的元件图形制约着优化 设计。
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3）.电子系统设计自动化EDA阶段
EDA工具不仅具有电子系统设计的能力，而且 能提供独立于工艺和厂家的系统级设计能力，具有 高级抽象的设计构思手段。
设计工具完全集成化，可以实现以HDL语言为主 的系统级综合与仿真，从设计输入到版图的形成， 几乎不需要人工干预，因此整个流程实现自动化。 该阶段的EDA的发展还促进设计方法的转变，由传 统的自底向上的设计方法逐渐转变为自顶向下的设 计方法。
Integrated Circuit)的设计－－全定制芯片.可以从用P、N半
导体材料设计晶体管开始设计电子系统(也称为版图级设计
）。
EDA技术的进步表现在：
使得设计者的工作仅限于软件方式，即利用硬件描述语
言和EDA软件来完成对系统硬件功能的实现。
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1.1 电子设计自动化技术及其发展
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
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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
6
EDA技术发展分为三个阶段 ：
1）．20世纪70年代的计算机辅助设计CAD（Computer Aided Design）阶段
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1.1 电子设计自动化技术及其发展
EDA技术的涵义 广义的EDA技术、狭义EDA技术
广义定义： 以计算机硬件和系统软件为基本工作平台，继承和借
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晶体管阵列的基片或母片上通过掩膜互连的 方法完成专用集成电路设计。
可编程IC
可编程ASIC是专用集成电路发展的另一个有
特色的分支，它主要利用可编程的集成电路 如PROM,GAL,PLD,CPLD,FPGA等可编程电 路或逻辑阵列编程，得到ASIC。其主要特点 是直接提供软件设计编程，完成ASIC电路功 能，不需要再通过集成电路工艺线加工。
Part1 EDA 技术概述
集成电路基本知识
一、集成电路分类
1、按制造工艺和结构分
通常提到集成电路指的是半导体集成电路，也是应用 最广泛、品种最多的集成电路，膜（薄、厚膜）电路和 混合电路一般用于专用集成电路，通常称为模块。
2、按集成度分
集成度指一个硅片上含有元件数目
主要特征
SSI
MSI
LSI
比较
全定制设计周期最长，设计成本贵，设计费
用最高，适合于批量很大或者对产品成本不 计较的场合。 半定制的设计成本低于全定制，但高于可编 程ASIC，适合于有较大批量的ASIC设计。 用FPGA设计ASIC的设计成本最低，但芯片 价格最高，适合于小批量ASIC产品。
几个概念
就设计方法而言，设计集成电路的三种方式。 全定制ASIC是利用集成电路的最基本设计方 法（不使用现有库单元），对集成电路中所有 的元器件进行精工细作的设计方法。 特点：精工细作，设计要求高、周期长， 设计成本昂贵。
半定制ASIC
半定制设计方法又分成基于标准单元的设计
4、按半导体工艺分
1）双极型电路 在硅片上制作双极型晶体管构成的集成电路，由空穴和电子 两种载流子导电。 2）MOS电路 参加导电的是空穴或电子一种载流子。 NMOS由N沟道MOS器件构成。 PMOS由P沟道MOS器件构成。 CMOS由N、P沟道MOS器件构成互补形式的电路。 3）双极型－MOS电路(BIMOS) 双极型晶体管和MOS电路混合构成集成电路，一般前者作 输出级，后者作输入级。 双极型电路驱动能力强但功耗较大，MOS电路则反之，双 极性MOS电路兼有二者优点,MOS电路中PMOS和NMOS已趋 于淘汰。
方法和基于门阵列的设计方法。 基于标准单元的设计方法是：将预先设计好 的称为标准单元的逻辑单元，如与门，或门， 多路开关，触发器等，按照某种特定的规则 排列，与预先设计好的大型单元一起组成 ASIC。基于标准单元的ASIC又称为 CBIC(Cell based IC)。
基于门阵列的设计方法是在预先制定的具有
5.专用集成电路与通用集成电路
专用集成电路(Application Specific Integrated Circuits,ASIC)是相对通用集成电路而言的。按用户需要，面向 特定用途而专门设计制作的集成电路。大量生产并标准化的通 用集成电路一般不能满足全部用户的需要，研制新的电子系统 常需各种具有特殊功能或特殊技术指标的集成电路。定制集成 电路是解决这个问题的重要途径之一，是集成电路发展的一个 重要方面。 它是为特定应用领域或特定电子产品专门研制的集成电路， 目前应用较多的有： （1）门阵列(GA) （2）标准单元集成电路(CBIC )。 （3）可编程逻辑器件(PLD）。 （4）模拟阵列和数字模拟混合阵列。 （5）全定制集成电路。
VLSI
ULSI
GSL
元件数/片 特征线宽 (μm) 硅片直径 (inch)
<102 5-10
102-103 3-5
103-105 1-3
105-107 <1
107-109 0.3-0.5
> 109 .12-0.18
2
2-3
4-5
6
8
12
1英寸=25.4毫米
3、按应用领域分
同一功能的集成电路按应用领域规定不同的技术指 标，而分为军用品、工业用品和民用品（又称商用) 三大类。 军品：在军事、航空、航天等领域使用环境条件恶 劣、装置密度高，对集成电路的可靠性要求极高， 产品价格退居次要地位。 民用品：在保证一定可靠性和性能指标前提下，性 能价格比是产品能否成功的重要条件之一。显然如 果在普通电子产品中选用了军品是达不到高性能价 格比的。 工业品则是介于二者之间的一种产品，但不是所有 集成电路都有这三个品种的。