EDA技术及其应用.ppt

高级综合工具还可以对设计的正确性进行验证，通过仿真和模拟来检查设计的正确性，从而减少了设计错误和返工的可能性。
高级综合工具是EDA技术中最核心的工具之一，它可以将高层次设计转换成硬件描述语言，如Verilog和VHDL。
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布局布线工具
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布局布线工具是EDA技术中用于芯片物理设计的工具。
布局布线工具可以将高层次的设计转换成实际的芯片物理设计，包括芯片的布局、布线和验证等。
eda技术精品课件
2023-10-28
目录
contents
EDA技术概述EDA技术的基本原理EDA技术的关键技术EDA技术的设计案例EDA技术的未来趋势
01
EDA技术概述
定义
EDA技术是指电子设计自动化技术，它利用计算机辅助设计软件来完成集成电路的设计、验证和模拟。
特点
自动化程度高，可以大大缩短设计周期；设计灵活，可以适应不同的设计需求；设计成本低，可以提高芯片的竞争力。
布局布线工具能够优化芯片的性能和功耗，并且可以检查芯片设计的可制造性和可靠性。
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IP核复用技术可以提高设计的可靠性和性能，并且可以缩短设计周期和降低成本。
IP核复用技术
01
IP核复用技术是EDA技术中用于提高设计效率和可靠性的重要技术之一。
02
IP核复用技术可以将已经经过验证的硬件设计模块化，从而避免重复设计和错误。
VS
随着集成电路和半导体技术的不断发展，EDA技术将覆盖更多的应用领域。例如，在物联网、人工智能、5G通信等领域，EDA技术将被广泛应用于各种芯片设计，包括处理器、存储器、传感器等。
扩大EDA技术的应用领域需要不断加强技术研发和市场开拓，以实现技术的广泛应用和商业化落地。

HDL硬件描述语言概念 HDL语言特点和比较 HDL语言最新发展
EDA技术发展历史
EDA技术随着计算机、集成电路、电子系统设 计的发展，经历了三个发展阶段：
1、计算机辅助设计（CAD） 2、计算机辅助工程设计（CAE） 3、电子设计自动化（EDA）
1、计算机辅助设计(CAD)
硬件设计发展的初级阶段。在此阶段，大量选用中 小规模标准集成电路，将产品设计过程中高度重复 性的布图布线工作，采用二维图形编辑与分析的 CAD工具。由于PCB布图布线工具受到计算机工作 平台的制约，其支持的设计工作有限且性能比较差。
广义EDA技术，是通过计算机及其电子系统的辅助 分析和设计软件，完成电子系统某一部分的设计过 程。因此，广义EDA技术除了包含狭义的EDA技术 外，还包括计算机辅助分析CAA技术（如PSPICE， EWB，MATLAB等），印刷电路板计算机辅助设计 PCB-CAD技术（如PROTEL，ORCAD等）和其它高 频和射频设计和分析的工具等。
2、设计输入 设计输入是将所设计的系统或电路以开发软件要求 的某种形式表示出来，并输入EDA工具的过程。常 用的方法有硬件描述语言（HDL）和原理图输入方 法等。 原理图输入方式是一种最直接的描述方式，在可编 程芯片发展的早期应用较广，它将所需的器件从元 件库中调出来，画出原理图。这种方法虽然直观并 易于仿真，但效率低，且不易维护。更主要的缺点 是可移植性差。 HDL语言输入法利用文本描述设计，主要使用行为 级HDL，其主流语言是Verilog HDL和VHDL。
6、大多数EDA软件都具有仿真和模拟功能；
EDA技术的主要内容
基于狭义EDA技术进行可编程逻辑器件的设计应掌 握以下几个方面的内容： １、大规模可编程逻辑器件PLD，是利用EDA技术 进行电子系统设计的载体； ２、硬件描述语言HDL，是利用EDA技术进行电子 系统设计的主要表达手段； ３、EDA设计软件EDAS：是利用EDA技术进行电 子系统设计的自动化设计工具； ４、相关的硬件平台，是利用EDA技术进行电子系 统设计的下载工具及硬件验证工具；

适配完成后可以利用适配所产生的仿真文件作 精确的时序仿真，同时产生可用于编程的文件。
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4、时序仿真与功能仿真
在编程下载前，必须利用EDA工具对适配生 成的结果进行模拟测试，就是所谓的仿真。即让计 算机根据一定的算法和一定的仿真库对EDA设计进 行模拟，以验证设计，排除错误。
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5、编程下载
把适配后生成的下载或配置文件，通过编程器 或编程电缆向FPGA或CPLD进行下载，以便进行硬 件调试和验证（Hardware Debugging）。 CPLD：以乘积项结构方式构成逻辑行为的器件。 FPGA：以查表法结构方式构成逻辑行为的器件。
• FPGA与ASIC正在互相融合，取长补短。
• 目前，许多PLD公司开始为ASIC提供FPGA 内核。
• 现在，传统ASIC和FPGA之间的界限正变得模糊。 系统级芯片不仅集成RAM和微处理器，也集成FPGA。
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二、 EDA设计流程及其工具 FPGA/CPLD设计流程
应用于FPGA/CPLD的EDA开发流程
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自顶向下的设计流程
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5. EDA与传统电子设计方法的比较
传统的电子系统或IC设计中，手工设计 占了较大比例。缺点如下：
（1）复杂电路的设计、调试十分困难； （2）如果某一过程存在错误，查找和修改十分不便； （3）设计过程中产生大量文挡，不易管理； （4）对于集成电路设计而言，设计实现过程与具体
高层次的表示
行为域
算法级
低层次的表示 结构域 门级
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编译器和综合器功能比较
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VHDL综合器运行流程
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4. 基于VHDL的自顶向下设计方法
传统的硬件电路设计方法：自底向上 元器件、芯片→功能模块→整个系统 缺点：低效、低可靠性、费时费力、成本高昂。

第1章 绪 论
EDA技术的特点： 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。
VHDL与Verilog语言将承担几乎全部的数字系统设计任务。
第1章 绪 论 3. 软件开发工具 ＥＤＡ开发工具分为：
集成化的开发系统； 特定功能的开发软件：综合软件
仿真软件
第1章 绪 论
集成化的开发系统
Altera公司：Quartus II、 MAX+plus II系列 Xilinx公司：ISE Foundation 、Alliance系列 Lattice公司：ispDesignEXPERT系列
第1章 绪 论
EDA工具不只面向ASIC的应用与开发，还有涉及电子设计 各个方面的EDA工具，包括数字电路设计、模拟电路设计、数 模混合设计、系统设计、仿真验证等电子设计的许多领域。这 些工具对硬件环境要求高，一般运行平台要求是工作站和UNIX 操作系统，功能齐全、性能优良，一般由专门开发EDA软件工 具的软件公司提供，如Cadence、Mentel Graphics、Viewlogic、 Synopsys等软件公司都有其特色工具。
第1章 绪 论 2. 具有混合信号处理能力的EDA工具
数／模混合信号的处理 数字信号的描述：VHDL、 Verilog HDL
第1章 绪 论
3. 更为有效的仿真工具的发展 仿真分为：
功能仿真（前仿真、系统级仿真） 验证系统的功能
时序仿真（后仿真、电路级仿真） 验证系统的时序特性、系统性能。

第 2 章 硬件基础 利用SRAM实现组合逻辑函数时，只需列出真值表，输入作为
地址，输出作为存储内容，将内容按地址写入即可。具体步骤如 例2.2所示。
【例2.2】 利用LUT实现函数F =ABC+ABCD+AC。 解 首先列出F的真值表，如表2-1所示。
第 2 章 硬件基础
第 2 章 硬件基础 将F的值写入SRAM中(如图2-5所示)，这样，每输入一组ABCD
第 2 章 硬件基础 2. 基本门电路的表示方式 PLD中的基本门电路符号如图2-2所示。图(a)为与门；图(b)
为或门；图(c)为输出恒等于0的与门及其简化表示形式；图(d) 中与门的所有输入均不接通，保持“悬浮”的1状态；图(e)为具 有互补输出的输入缓冲器；图(f)为三态输出缓冲器。
第 2 章 硬件基础 图2-2 PLD的基本门电路符号
第 2 章 硬件基础 在20世纪70年代，随着集成度的不断增加，设计师们尝试使
用更高密度的元件来实现逻辑功能，微处理器及随机访问存储器 (SRAM)这一类通用元件被设计师们广泛用于系统的设计，集成电 路的规模也发展到了大规模集成(Large Scale Integrated，LSI) 电路(通常包含几万个逻辑门)，例如Intel 8008微处理器等。
第 2 章 硬件基础 20世纪80年代，借助于飞速发展的半导体技术及计算机技术，
设计师们提出了“EDA技术”的概念，即借助于计算机强大的处 理能力，利用软件及硬件描述语言HDL来完成数字系统的设计， 数字系统的设计流程也由传统的“自底向上”转换为“自顶向 下”，由此出现了ASIC技术。
第 2 章 硬件基础
第 2 章 硬件基础 SPLD的代表有可编程阵列逻辑(PAL)和通用阵列逻辑(GAL)。

6、实现与布局布线 将综合生成的逻辑网表配置到具体的FPGA芯片 上，布局布线是其中最重要的过程。布局将逻辑网 表中的硬件原语和底层单元合理地配置到芯片内部 的固有硬件结构上，并且往往需要在速度最优和面 积最优之间作出选择。布线根据布局的拓扑结构， 利用芯片内部的各种连线资源，合理正确地连接各 个元件。布线结束后，软件工具会自动生成报告， 提供有关设计中各部分资源的使用情况。 由于只有FPGA芯片生产商对芯片结构最为了解， 所以布局布线必须选择芯片开发商提供的工具。
3、功能仿真 功能仿真也称为前仿真，是在编译之前对用户所设 计的电路进行逻辑功能验证，此时的仿真没有延迟 信息，仅对初步的功能进行检测。仿真前，要先利 用波形编辑器和HDL等建立波形文件和测试向量 （即将所关心的输入信号组合成序列），仿真结果 将会生成报告文件和输出信号波形，从中便可以观 察各个节点信号的变化。如果发现错误，则返回设 计修改逻辑设计。 常用的工具有Model Tech公司的ModelSim、 Sysnopsys公司的VCS和Cadence公司的NCVerilog, 以及NC-VHDL等软件。
2、设计输入 设计输入是将所设计的系统或电路以开发软件要求 的某种形式表示出来，并输入EDA工具的过程。常 用的方法有硬件描述语言（HDL）和原理图输入方 法等。 原理图输入方式是一种最直接的描述方式，在可编 程芯片发展的早期应用较广，它将所需的器件从元 件库中调出来，画出原理图。这种方法虽然直观并 易于仿真，但效率低，且不易维护。更主要的缺点 是可移植性差。 HDL语言输入法利用文本描述设计，主要使用行为 级HDL，其主流语言是Verilog HDL和VHDL。
EDA技术的共同特点： 1、通过使用相应的电路分析和设计软件，完成电子 系统各部分的设计；

输出配置区
4、输入输出单元IOC（I/O Cell） 5、巨型块（Megablock） 包括8个GLB，1个ORP，16个IOC和两个专用I/O 6、时钟分配单元 二、在系统编程 1、各种状态 2、实现方式 3、编程组态与接口
4、3低密度ISP-PLD原理 4、4 ISP-GDS原理
一、ispGDS（Generic Digital Switch）器件介绍 用于灵活配置连接状态的器件
1、3 EDA特征与工具
特征：自顶向下TOP DOWN 工具：物理工具（PCB制作等）
逻辑工具（PLD器件设计）
特别是ISP（In System Programmability） 和CPLD（Complex Programmable Logic
Device）的使用！
1、4 可编程数字ASIC
第四章、Lattice 公司可编程器件介绍 4、1 ISP器件概述
4、2高密度ISP-PLD器件
一、ispLSI器件结构原理 1、集总布线区GRP（Global Routing Pool）
完成信号互连 2、万能逻辑块GLB（Generic Logic Block）
可编程阵列 3、输出布线区ORP（Output Routing Pool）
3、3 GAL器件 一、GAL器件概述（Generic Array Logic） 1、器件特点
可以反复编程使用 2、分类与参数 二、普通型GAL器件 1、内部电路结构 2、输出逻辑宏单元（OLMC）
OLMC（Output Logic Macro Cell） 可以实现软件进行的多种配置输出形式
三、OLMC的输出结构类型 1、简单模式 2、复合模式 3、寄存器模式（时序电路基本结构） 四、GAL器件的开发与编程 1、硬件条件：编程器和计算机 2、软件条件：可编程器件编译软件 如：ABEL，FUSEMAP等等

第7章 可编程逻辑器件
7.1 可编程逻辑器件的基本原理 7.2 可编程逻辑器件的设计技术 7.3 可编程逻辑器件的编程与配置
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7.2 可编程逻辑器件的设计技术
7.2.1 概 述
在PLD没有出现之前，数字系统的传统设计往往采用 “积木” 式的方法进行，实质上是对电路板进行设计，通 过标准集成电路器件搭建成电路板来实现系统功能，即先 由器件搭成电路板，再由电路板搭成系统。数字系统的 “积木块”就是具有固定功能的标准集成电路器件，如 TTL的74/54系列、CMOS的4000/4500系列芯片和一些固 定功能的大规模集成电路等，用户只能根据需要选择合适 的集成电路器件，并按照此种器件推荐的电路搭成系统并 调试成功。设计中，设计者没有灵活性可言，搭成的系统 需要的芯片种类多且数目大。
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1k GND
图7.22 CPLD编程下载连线图
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由于ISP器件具有串行编程方式，即菊花链结 构，其特点是各片共用一套ISP编程接口，每片的 SDI输入端与前一片的SDO输出端相连，最前面一 片的SDI端和最后一片的SDO端与ISP编程口相连， 构成一个类似移位寄存器的链形结构。因此采用 JTAG模式可以对多个CPLD器件进行ISP在系统编 程，多CPLD芯片ISP编程下载的连线如图7.23所示。
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Altera的MAX7000系列器件或其他JTAG器件 1k TDO TDI TDO TDI TDO TDI
TCK TMS
TCK TMS
TCK TMS
1k 1 3 5
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1k
图7.23 多CPLD编程下载连线图
VCC
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GND

27.07.2020
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狭义EDA技术：
1）大规模PLD（Programmble Logic Devices)器件的设
计－－半定制芯片.由用户编程以实现特定逻辑功能的集成 器件。它的EDA设计从逻辑门电路、触发器开始进行，能
重复设计、任意修改。 2）专用集成芯片ASIC(Application Specific Integrated
20世纪70年代 EDA技术雏形
27.07.2020
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
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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
2）．20世纪80年代的计算机辅助工程设计CAE （Computer Aided Engineering）阶段 3）．20世纪90年代电子系统设计自动化EDA阶段
设计结束后仍可利用计算机对硬件系统进行完整的测试。
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1.5 面向FPGA的EDA开发流程
完整地了解EDA技术的设计流程，对于正确选 择和使用EDA软件、优化设计项目、提高设计效率 十分有益。一个完整的EDA设计流程既是自顶向下 设计方法的具体实施途径，也是EDA工具软件本身 的组成结构。在实践中进一步了解支持这一设计流 程的诸多设计工具，有利于有效地排除设计中出现 的问题、提高设计质量及总结经验。
专用集成芯片（ASIC）的设计和实现。
ASIC是容纳用户通过EDA技术奖电子应 用系统的既定功能和技术指标具体实现的硬件 物理实体平台。
27.07.2020
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1.2 EDA技术应用对象
ASIC的实现途径：

eda技术前沿和发展趋势
低功耗设计
低功耗设计概述
介绍低功耗设计的概念、意义 、目的和方法。
低功耗设计的技术
总结和介绍低功耗设计中使用的 各种技术，包括减少电路的功耗 、优化器件的性能、使用低功耗 器件等。
低功耗设计的应用
列举和解释低功耗设计在各个领域 中的应用，包括便携式设备、物联 网等。
集成化设计
基于电路仿真工具的验证
电路仿真原理
讲解电路仿真的基本原理，包括时序、功能 和性能仿真等。
仿真工具与应用
介绍常见的电路仿真工具，如ModelSim、VCS等 ，以及在电路设计中的应用。
仿真流程与方法
详细介绍电路仿真的流程和方法，包括仿真 测试文件编写、约束文件设置、仿真执行等 。
基于可编程逻辑器件的实现
介绍数字信号处理的基本概念 、信号转换方法以及数字信号
处理的优势等。
dsp芯片介绍
详细说明选用dsp芯片的选型方 法、芯片特点以及编程语言和
开发环境等。
dsp算法实现
介绍数字信号处理中常用的算 法，如滤波器、FFT、频域变换 等，并说明如何用dsp芯片实现
这些算法。
dsp电路设计
01
02
03
dsp概述
高性能设计的应用
列举和解释高性能设计在 各个领域中的应用，包括 超级计算、云计算等。
THANKS
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pld概述
介绍可编程逻辑器件（ PLD）的基本概念、发展 历程、基本结构和编程原 理等。
pld硬件设计
详细说明如何使用eda工 具进行pld芯片的硬件设 计，包括器件选择、布局 布线、时序分析等。
pld软件编程
介绍pld常用的编程语言 和开发环境，并举例说明 pld软件编程的基本步骤 和方法等。