广东海洋大学：《VHDL程序设计语言》课程教学资源（PPT课件）第1章 概述

第一章 概述

第一章 概 述

主要内容 ·EDA技术的发展历程： ·EDA技术的研究范畴； ·EDA软件系统的构成； ·数字系统设计方法： ·EDA技术的发展趋势

主要内容 • EDA技术的发展历程； • EDA技术的研究范畴； • EDA软件系统的构成； • 数字系统设计方法； • EDA技术的发展趋势

1,1EDA技术的发展历程 EDA技术的发展经历了3个阶段： ·20世纪70年代，采用MOS工艺，可编程逻辑技术及其器 件已经问世，CAD的概念已现雏形，并用于集成电路版图 编辑、PCB布局布线等工作； ·20世纪80年代，采用CMOS(互补场效应管)工艺，出 现了FPGA(Field Programmable Gate Array）,CAD 技术应用更为广泛，硬件描述语言HDL(Hardware Description Language)的出现为EDA技术(Electronic Design Automation)奠定了基础； ·20世纪90年代，硬件描述语言的标准得到确立，集成电 路设计工艺步入了超深亚微米阶段，百万门大规模可编程 逻辑器件的面世，促进了EDA技术的形成和发展

1.1 EDA技术的发展历程 EDA技术的发展经历了3个阶段： • 20世纪70年代，采用MOS工艺，可编程逻辑技术及其器 件已经问世，CAD的概念已现雏形，并用于集成电路版图 编辑、PCB布局布线等工作； • 20世纪80年代，采用CMOS（互补场效应管）工艺，出 现了FPGA（Field Programmable Gate Array），CAD 技术应用更为广泛，硬件描述语言HDL（Hardware Description Language）的出现为EDA技术（Electronic Design Automation）奠定了基础 ； • 20世纪90年代，硬件描述语言的标准得到确立，集成电 路设计工艺步入了超深亚微米阶段，百万门大规模可编程 逻辑器件的面世，促进了EDA技术的形成和发展

1.1EDA技术的发展历程（续） EDA技术进入21世纪得到的发展： 基于FPGA的DSP技术，为高速数字信号处理算法提供 了实现途径： 。soPC(System On a Programmable Chip)步入了 大规模应用阶段； ·电子设计成果以自主知识产权IP(Intellectual Property)的方式得以明确表达； ·支持标准硬件描述语言且功能强大的EDA软件不断推出； ·电子技术领域全方位融入EDA技术， EDA技术使得电子领域多学科的界限更加模糊，相互包 容、相互渗透，使系统的性能得到进一步提高

1.1 EDA技术的发展历程（续） EDA技术进入21世纪得到的发展： • 基于FPGA的DSP技术，为高速数字信号处理算法提供 了实现途径； • SOPC（System On a Programmable Chip）步入了 大规模应用阶段； • 电子设计成果以自主知识产权IP（Intellectual Property）的方式得以明确表达； • 支持标准硬件描述语言且功能强大的EDA软件不断推出； • 电子技术领域全方位融入EDA技术； • EDA技术使得电子领域多学科的界限更加模糊，相互包 容、相互渗透，使系统的性能得到进一步提高

1.2EDA技术的研究范畴 利用EDA技术进行电子系统设计实现目标的三种形式： ·全定制或半定制ASIC 数字系统模块化设计 PCB设计 器件和系统仿真 ·FPGA/CPLD开发应用 数字电路设计 EDA工具 模拟电路设计 。PCB(印制电路板) FPGA设计 ASIC版图设计 混合电路设计 祖1EDA技术的究前4

1.2 EDA技术的研究范畴 利用EDA技术进行电子系统设计实现目标的三种形式： ● 全定制或半定制ASIC ● FPGA/CPLD开发应用 ● PCB（印制电路板）

1.3EDA软件系统的构成 DA软件系统主要包括以下几个模块： 设计输入编辑器子模块：接受用户的设计描述，转化为系统 内部要求的数据格式，包含了图形编辑器和文本编辑器。 ·HDL综合器子模块：将输入的设计描述转化为与FPGA/CPLD 的基本结构相映射的网表文件。 ·仿真器：计算机按照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。 ·布局布线器（适配器）：实现由逻辑设计到物理实现的映射。 ·编程下载：将电路设计下载到具体的实际器件，实现硬件电 路

1.3 EDA软件系统的构成 EDA软件系统主要包括以下几个模块： • 设计输入编辑器子模块：接受用户的设计描述，转化为系统 内部要求的数据格式，包含了图形编辑器和文本编辑器。 • HDL综合器子模块：将输入的设计描述转化为与FPGA/CPLD 的基本结构相映射的网表文件。 • 仿真器：计算机按照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。 • 布局布线器（适配器）：实现由逻辑设计到物理实现的映射。 • 编程下载：将电路设计下载到具体的实际器件，实现硬件电 路

1,4数字系统设计方法 数字系统有多种 设计方法，常见的 有模块化、结构化 编制技术规格说明书 RTL级模型仿真 设计方法，自底向 上(Bottom-up) 的设计方法和自顶 建立DL行为描述模型 逻辑综合 向下(Top-down) 的设计方法。传统 的数字系统设计采 DL行为仿真 门级时序仿真 用自底向上的设计 方法，而现代数字 系统设计都采用自 RTL级建模 硬件测试 顶向下的设计方法

1.4 数字系统设计方法 数字系统有多种 设计方法，常见的 有模块化、结构化 设计方法，自底向 上（Bottom-up） 的设计方法和自顶 向下（Top-down） 的设计方法。传统 的数字系统设计采 用自底向上的设计 方法，而现代数字 系统设计都采用自 顶向下的设计方法。 图1.2 EDA中自顶向下设计流程 编制技术规格说明书 硬件测试 门级时序仿真 逻辑综合 RTL级模型仿真 RTL级建模 HDL行为仿真 建立HDL行为描述模型

1.5EDA技术的发展趋势 EDA技术是现出如下快速发展态势： 现在己经开发出更趋于电路行为级的硬件描述语言， 如System C、SystemVerilog.及系统级混合仿真工具，可 以在同一个开发平台上完成高级语言(C、C++)与标 准DL语言(Verilog HDL、VHDL)或其他更低层次描述 模块的混合仿真。 随着系统开发对DA技术的目标器件各种性能要求的 提高，ASIC和FPGA将更大程度的互相融合

1.5 EDA技术的发展趋势 EDA技术呈现出如下快速发展态势： 现在已经开发出更趋于电路行为级的硬件描述语言， 如System C、SystemVerilog及系统级混合仿真工具，可 以在同一个开发平台上完成高级语言（C、C＋＋）与标 准HDL语言（Verilog HDL、VHDL）或其他更低层次描述 模块的混合仿真。 随着系统开发对EDA技术的目标器件各种性能要求的 提高，ASIC和FPGA将更大程度的互相融合

本章小结 ·本章主要介绍了EDA技术的发展历程、研究范围 和数字系统的设计方法，目的是对EDA技术有 个初步了解： ·在EDA研究范畴中，重点应该放在FPGA/CPLD的 应用开发： ·应该掌握EDA软件工具中设计输入、编译综合、 仿真、布局布线和编程下载等各个模块的功能： ·数字系统的设计方法应该重点掌握自顶向下的 设计方法及其开发流程

本章小结 • 本章主要介绍了EDA技术的发展历程、研究范围 和数字系统的设计方法，目的是对EDA技术有一 个初步了解； • 在EDA研究范畴中，重点应该放在FPGA/CPLD的 应用开发； • 应该掌握EDA软件工具中设计输入、编译综合、 仿真、布局布线和编程下载等各个模块的功能； • 数字系统的设计方法应该重点掌握自顶向下的 设计方法及其开发流程