EDA技术与VHDL程序设计基础教程
175页1、重点内容:EDA技术发展和应用EDA工程设计流程EDA集成开发工具,第1章 EDA概述,一、EDA工程简介,EDA(Electronic Design Automation)工程是现代电子信息工程领域中一门发展迅速的新技术。EDA的定义有广义和狭义之分,广义定义EDA包括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、印制电路板设计自动化、仿真与测试故障诊断自动化等。狭义定义的EDA就是电子设计自动化。EDA技术主要有四个方面: 1、可编程逻辑器件,即应用EDA技术完成电子系统设计的载体; 2、硬件描述语言(VHDL 或者 Verilog)。它用来描述系统的结构和功 能,是EDA的主要表达手段; 3、配套的软件工具。它用来完成电子系统的智能化设计; 4、实验开发系统。在整个EDA设计电子系统的过程中,实验开发系统是实现可编程器件下载和验证的工具,,二、EDA技术的发展历程和未来展望,现代EDA技术是20世纪90年代初从计算机辅助设计、辅助制造和辅助测试等工程概念发展而来的。它的成熟主要经历了三个阶段,即:计算机辅助设计(CAD,Computer Aided Design
2、)计算机辅助工程设计(CAED,Computer Aided Engineering Design)电子设计自动化(EDA,Electronic System DesignAutomation)。 随着工艺的进步和EDA技术的不断发展,软硬件协同设计将显得越来越重要。EDA技术的应用也将向广度和深度两个方向继续发展,今后还会超越电子设计的范畴,从而进入其他领域。随着SOC和SOPC的发展,IP核复用的概念越来越为业界所接受,这也正符合VHDL语言的设计理念。所以,未来电子系统的设计与规划将不再是电子工程师的专利。,三、EDA技术的应用,EDA技术的应用范畴很广主要有: 1、PCB印制电路板的设计 2、ASIC全定制数字电路 的设计 3、FPGA/CPLD等可编程器件上的电子系统设计,三、EDA技术的应用,PCB设计,PCB(Printed Circuit Board)印制电路板主要用作电子系统的载体,工程师通常将集成电路元件焊接在PCB板上完成整个电子系统的搭建、控制、通信等功能,点阵系统的原理图和版图,点阵系统的版图,三、EDA技术的应用,ASIC设计,ASIC(Applicatio
3、n Specific Intergrated Circuits)专用集成电路是EDA技术应用在电子系统设计的高端产物。这种芯片的集成度极高,有全定制和半定制两种。,ASIC设计流程和所个步骤所使用的软件工具,三、EDA技术的应用,CPLD/FPGA设计,CPLD(Complex Programmable Logic Device)复杂可编程逻辑器件和FPGA(Field Programmable Garry Array)现场可编程门阵列随着EDA技术的发展已经成为电子设计领域的重要角色,其应用相当广泛。高集成度、高速度和高可靠性是CPLD/FPGA最明显的特点。,CPLD/FPGA的一般设计流程,四、EDA工程的设计流程,一个完整的EDA工程通常要涉及到系统建模、逻辑综合、故障测试、功能仿真、时序分析、形式验证等内容。1、设计输入 2、逻辑综合和优化 3、布局布线和适配 4、工程设计的仿真5、目标器件的编程和下载 6、硬件电路的后仿真验证和测 试,VHDL开发FPGA/CPLD 电子系统的流程图,五、EDA集成开发工具,目前比较流行的用于可编程器件的EDA集成开发工具主要有Altera
4、公司的MAX+Plus II和Quartus II、Xilinx公司的Foundation和ISE以及Lattice公司的ispDesignEXPERT和ispLEVER。,Quartus II,Quartus II的GUI界面,它支持原理图、VHDL和Verilog语言文本输入方式和波形或EDIF格式的文件作为输入,且支持这些文件的混合设计。,五、EDA集成开发工具,ISE+ModelSim,ispLEVER,五、EDA集成开发工具,其它开发工具,System Generator和Matlab联合开发DSP系统,六、EDA技术的学习重点和学习方法,1、EDA技术的学习方法 从实用角度讲,EDA技术需要掌握四个方面,即: 1)、可编程逻辑器件; 2)、硬件描述语言(VHDL 或者 Verilog); 3)、配套的软件工具; 4)、实验开发系统;2、EDA技术的学习方法读者在学习EDA技术的过程中首先接触的就是VHDL的基本编程,在这里应该熟练掌握基本门电路、多路选择器和状态机的编写。然后掌握配套的CPLD/FPGA开发软件,通过实际的案例和应用设计边学边用。,重点内容:CPLD结构和工
5、作原理FPGA结构和工作原理FPGA配置方式CPLD/FPGA应用选型,第2章,一、可编程逻辑器件概述,可编程逻辑器件 PROM、PLA和PAL的原理和特性,PROM,基于二极管和三极管的一次可编程PROM单元,一、可编程逻辑器件概述,PLA,PLA是Programmable Logic Array的缩写,它的出现主要是为了解决PROM的速度和输入端受到限制的问题。右图通过这种阵列结构PLA可以实现大量的组合函数,虽然不能完全覆盖所有的输入组合,但其较多的输入端和更快的速度使得它的应用超过了PROM。,一、可编程逻辑器件概述,PAL,可编程阵列逻辑PAL是PLA的一个发展版,与PLA类似,它也有一个宽输入。可编程的“与”阵列。最大的不同是PAL的“或”阵列不再可编程,而是变成了固定的。,可编程特性分类:从可编程特性分类可将PLD分为一次可编程和重复可编程两类。一次可编程器件主要以PROM、PAL和熔丝型FPGA为代表,其他的器件大多数是可重复编程的。熔丝型器件编程的主要原理是利用较大的编程电流将特定位置的熔丝烧断,从而完成所需的逻辑函数输出,一、可编程逻辑器件概述,对于多次可编程的器件
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