0 第章ED4技术概述
1 第1章 EDA技术概述
1.EDA4技术及发展过程 二十世纪九十年代以来,电子设计自动化(EDA技术得到了突飞猛进的 发展,掌握电子设计自动化技术是新代电子设计工程师及从事电子技 术开发和研究人员的必备技能也是电子技术类专业学生学习的重要内容。 本课程的主要目的就是介绍这门新技术的基本知识与应用,以改善同学 们的知识结构,提高电子系统设计技术水平。 2教不 EDA--Electronic Design Automation是电子设计自动 化的英文缩写。它以功能强大的计算机为工具,在EDA工具 软件平台上,根据设计文件(硬件描述语言 Hardware Description Language为系统的主要逻辑描述手段),自 动完成编译、仿真、综合、优化、适配(或布局布线)以及 下载,实现既定的电子线路系统功能。 设计者的任务:完成系统硬件功能的描述
2 1.1 EDA技术及其发展过程 EDA 技术： EDA—Electronic Design Automation 是电子设计自动 化的英文缩写。它以功能强大的计算机为工具，在EDA工具 软件平台上，根据设计文件（硬件描述语言 Hardware Description Language为系统的主要逻辑描述手段），自 动完成编译、仿真、综合、优化、适配（或布局布线）以及 下载，实现既定的电子线路系统功能。 设计者的任务：完成系统硬件功能的描述。 二十世纪九十年代以来，电子设计自动化(EDA)技术得到了突飞猛进的 发展，掌握电子设计自动化技术是新一代电子设计工程师及从事电子技 术开发和研究人员的必备技能,也是电子技术类专业学生学习的重要内容。 本课程的主要目的就是介绍这门新技术的基本知识与应用，以改善同学 们的知识结构，提高电子系统设计技术水平
设计文件 DA软件 综合 计算机并11 CB插座 口口口
3 设计文件 process（clk） begin if (clk’event and clk=‘1’) then if (reset) then begin out cont cont cont cont cont cont <= “000”; end case end end end 仿真 综合 适配 EDA软件 下载
典型的园D红工具应包措:編铎器、仿真嚣、综 合醫、适配器和下载器。 综合器的功能就是将设计者在EDA平台上完成 的某系统的设计文件转换成该系统的门级电路描述 (硬件电路)。综合器是软件描述和硬件实现的一 座桥梁。 适配器的功能是将综合器产生的网表文件安排 在指定的器件中,产生最终的下载文件。 般在可编程逻辑器件的应用中,综合器由软件厂商(第三 方)提供,而适配器则需要由器件供应商自己提供
4 典型的EDA工具应包括：编译器、仿真器、综 合器、适配器和下载器。 ➢综合器的功能就是将设计者在EDA平台上完成 的某系统的设计文件转换成该系统的门级电路描述 （硬件电路）。综合器是软件描述和硬件实现的一 座桥梁。 ➢ 适配器的功能是将综合器产生的网表文件安排 在指定的器件中，产生最终的下载文件。 一般在可编程逻辑器件的应用中，综合器由软件厂商（第三 方）提供，而适配器则需要由器件供应商自己提供
.L.1EDA技术的发展记程 EDA技术的发展与应用主要依赖三个方 一是实现设计系统所用的器件 二是设计所使用的工具软件; 三是硬件描述语言
5 1.1.1 EDA技术的发展过程 EDA技术的发展与应用主要依赖三个方 面： 一是实现设计系统所用的器件； 二是设计所使用的工具软件； 三是硬件描述语言
EDA技术的发展大致可分为三个阶段: 第一代:大约在20世纪70年代,MoS工艺得到广泛应用,出现可编程技 术和器件,EDA工具的供应商只有几家,产品主要面向PCB布线设计,如 Tango软件等。该时期一般称为CAD(计算机辅助设计)。 第二代:大约在20世纪80年代,CMOS工艺广泛应用,复杂PLD开始应 用,当时, Mentor公司、 Daisy System公司及 Logic System公司进入 EDA市场,提供带有电路图编辑工具和逻辑模拟工具的EDA软件,主要用 于电路设计没有完成之前的功能检验问题,一般是以数字电路的分析和测 试工具为代表。在各种硬件描述语言的应用和标准化方面取得了重大进步。 一般称为CAE(计算机辅助工程)。 第三代:20世纪90年代以后,工艺水平已经达到深亚微米级,硬件描述 语言的标准化得到进一步确立,这时的EDA工具门类齐全,能够提供系统 设计需要的全部工具,兼容各种硬件实现方案,支持标准硬件描述语言 能完成逻辑综合、设计优化、行为仿真、参数分析和测试工具等。复杂电 子系统设计进入了NOC、SOC和SoPC时代
6 EDA技术的发展大致可分为三个阶段： 第一代：大约在20世纪70年代，MOS工艺得到广泛应用，出现可编程技 术和器件，EDA工具的供应商只有几家，产品主要面向PCB布线设计，如 Tango软件等。该时期一般称为CAD（计算机辅助设计）。 第二代：大约在20世纪80年代，CMOS工艺广泛应用，复杂PLD开始应 用，当时，Mentor公司、Daisy System公司及Logic System公司进入 EDA市场，提供带有电路图编辑工具和逻辑模拟工具的EDA软件，主要用 于电路设计没有完成之前的功能检验问题，一般是以数字电路的分析和测 试工具为代表。在各种硬件描述语言的应用和标准化方面取得了重大进步。 一般称为CAE（计算机辅助工程）。 第三代：20世纪90年代以后，工艺水平已经达到深亚微米级，硬件描述 语言的标准化得到进一步确立，这时的EDA工具门类齐全，能够提供系统 设计需要的全部工具，兼容各种硬件实现方案，支持标准硬件描述语言， 能完成逻辑综合、设计优化、行为仿真、参数分析和测试工具等。复杂电 子系统设计进入了NOC、SOC和SOPC时代
1.L.2EDA技术的基本特征 1.“自顶向下”设计方法:根据系统功能将整个系统划分为 若干功能模块,而后对功能模块进行逻辑设计 2.用硬件描述语言来描述数字电路与系统在系统级、算 法级、RTL(又称数据流级)和门级各个层次上进行描述。 3.综合及优化:把较髙层次的描述转换到较低层次描述的 过程,从行为级到RTL级,从RTL级到门级。并且可根据综 合结果对设计进行优化。 4开放性与标准化的框架结构:建立与硬件平台无关的图 形用户界面以及工具之间的通信、设计数据和设计流程的管 理平台,为EDA工具提供操作环境。 5库( Library)的引入:模拟库、综合库、版图库
7 1.1.2 EDA技术的基本特征 1. “自顶向下”设计方法：根据系统功能将整个系统划分为 若干功能模块，而后对功能模块进行逻辑设计。 2.用硬件描述语言来描述数字电路与系统 ：在系统级、算 法级、RTL（又称数据流级）和门级各个层次上进行描述。 3.综合及优化 ：把较高层次的描述转换到较低层次描述的 过程，从行为级到RTL级，从RTL级到门级。并且可根据综 合结果对设计进行优化。 4.开放性与标准化的框架结构 ：建立与硬件平台无关的图 形用户界面以及工具之间的通信、设计数据和设计流程的管 理平台，为EDA工具提供操作环境。 5.库（Library）的引入：模拟库、综合库、版图库
1.1.3EDA技术的常用设计工具 EDA工具在EDA技术应用中占据了极其重要的位置,按照功能划分,EDA 工具大致可分为设计输入工具、检查/分析工县、优化/综合工县、仿真工具 PCB设计工具、适配器(布局布线器)以及下载器(编程器)等多个模块。 2 3 Synopsys Cadence Mentor-Graphics 逻辑综 前端仿真 自动测试 逻辑验证 版图工具 提取验证 8
8 1.1.3 EDA技术的常用设计工具 2 Cadence 3 Mentor-Graphics 1 Synopsys 逻辑综合 逻辑验证 EDA工具在EDA技术应用中占据了极其重要的位置，按照功能划分，EDA 工具大致可分为设计输入工具、检查/分析工具、优化/综合工具、仿真工具、 PCB设计工具、适配器（布局布线器）以及下载器（编程器）等多个模块。 前端仿真 版图工具 自动测试 提取验证
1,2硬件描述语言 HDL( Hardware Description Language)是硬件描述语言的缩写 是用于设计硬件电子系统的计算机语言,它描述系统的逻辑功能、电路结 构和连接方式,是EDA技术应用中最主要的设计输入方法之 语言描述方法(布尔方程)→原理图输入法→新的语言描述方法 当前常用的HDL主要有: ABEL-HDL、ⅥHDL和 VERILOG-HDL。 ABEL-HDL主要用于数字系统寄存器传输级的描述,其特点是格式简洁 易学、易用,编译要求宽松,适合初学者使用。早期主要应用于PLD器件 Verilog-HDL主要用于数字系统寄存器传输级的描述,其学习相对来说 也比较容易。 Verilog-HDL主要是在集成电路设计中应用。 VHDL主要也是用于描述数字系统的结构、行为、功能和接口,但其行 为描述能力更强,是数字系统设计领城域最佳的硬件描述语言之一。VHDL 学习难度相对要大一些
9 1.2 硬件描述语言 语言描述方法（布尔方程）→ 原理图输入法 → 新的语言描述方法。 当前常用的HDL主要有：ABEL-HDL、VHDL和VERILOG-HDL。 ABEL-HDL主要用于数字系统寄存器传输级的描述，其特点是格式简洁、 易学、易用，编译要求宽松，适合初学者使用。早期主要应用于PLD器件。 Verilog-HDL主要用于数字系统寄存器传输级的描述，其学习相对来说 也比较容易。Verilog-HDL主要是在集成电路设计中应用。 VHDL主要也是用于描述数字系统的结构、行为、功能和接口，但其行 为描述能力更强，是数字系统设计领域最佳的硬件描述语言之一。VHDL 学习难度相对要大一些。 HDL（Hardware Description Language）是硬件描述语言的缩写， 是用于设计硬件电子系统的计算机语言，它描述系统的逻辑功能、电路结 构和连接方式，是EDA技术应用中最主要的设计输入方法之一
1.3可编程逻舞器件及真发展趋势 可编程逻辑器件简称PLD( Programable Logic Device),它是EDA技 术发展的一个重要支持点,PLD的发展推动了EDA工具的发展,也改变了 电子系统的设计方法。PLD的发展过程经历了如下几个阶段: 1.20世纪70年代中期:生产出了最早的可编程逻辑器件PROM和PLA 2.20世纪70年代末期:AMD公司的PAL器件上市 3.20世纪80年代初期:世界上第一片电可擦写的GAL器件问世 4.20世纪80年代中期:推出世界上第一片FPGA器件,同时推出EPLD器 件 5.20世纪90年代初期:具有在系统可编程能力的CPLD器件问世 6.20世纪90年代以后:PLD进入高速发展时期 集成度:由几十门几百门发展到现在已有百万门以上的PLD问世; 速度:由早期的10纳秒以上到今天的小3纳秒 功能:如内部带有RAM、乘法器、DSP和CPU等
10 1.3 可编程逻辑器件及其发展趋势 可编程逻辑器件简称PLD(Programable Logic Device)，它是EDA技 术发展的一个重要支持点，PLD的发展推动了EDA工具的发展，也改变了 电子系统的设计方法。PLD的发展过程经历了如下几个阶段： 1. 20世纪70年代中期：生产出了最早的可编程逻辑器件PROM和PLA 2. 20世纪70年代末期: AMD公司的PAL器件上市 3. 20世纪80年代初期: 世界上第一片电可擦写的GAL器件问世 4. 20世纪80年代中期: 推出世界上第一片FPGA器件，同时推出EPLD器 件 5. 20世纪90年代初期: 具有在系统可编程能力的CPLD器件问世 6. 20世纪90年代以后: PLD进入高速发展时期 集成度：由几十门—几百门发展到现在已有百万门以上的PLD问世； 速度：由早期的10纳秒以上到今天的小于3纳秒； 功能：如内部带有RAM、乘法器、DSP和CPU等