EDA技術(shù)與VHDL語(yǔ)言電子與信息工程學(xué)院張沛泓什么是EDA？

EDA即ElectronicDesignAutomation（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化），就是以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，以EDA軟件工具為開(kāi)發(fā)環(huán)境，以硬件描述語(yǔ)言（HDL）為設(shè)計(jì)語(yǔ)言，以可編程邏輯器件為實(shí)驗(yàn)載體，以ASIC、SOC芯片為目標(biāo)器件，以電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)為應(yīng)用方向的電子產(chǎn)品自動(dòng)化設(shè)計(jì)過(guò)程。ApplicationSpecificIntegratedCircuit，專用集成電路SystemOnaChip，系統(tǒng)芯片/片上系統(tǒng)/單片系統(tǒng)課程學(xué)習(xí)要求通過(guò)學(xué)習(xí)本課程，要求大家掌握四個(gè)方面的內(nèi)容：（1）大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷私馄浞诸?、基本結(jié)構(gòu)、工作原理、各廠家產(chǎn)品的系列、性能指標(biāo)以及如何選用（2）硬件描述語(yǔ)言（重點(diǎn)和難點(diǎn)）掌握基本語(yǔ)法，系統(tǒng)的分析與建模方法，能夠熟練的進(jìn)行設(shè)計(jì)課程學(xué)習(xí)要求通過(guò)學(xué)習(xí)本課程，要求大家掌握四個(gè)方面的內(nèi)容：（3）軟件開(kāi)發(fā)工具熟練掌握開(kāi)發(fā)工具，能夠?qū)⒃闯绦蜻M(jìn)行編輯、邏輯綜合、邏輯適配和各種仿真（4）實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)熟練掌握硬件驗(yàn)證的方法另外：教材中有大量的英文縮寫(xiě)，要求知道其中文含意如何學(xué)習(xí)？掌握學(xué)習(xí)重點(diǎn)：VHDL編程熟練運(yùn)用工具：開(kāi)發(fā)軟件和實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)學(xué)習(xí)方法：案例分析、應(yīng)用設(shè)計(jì)、上機(jī)實(shí)踐、邊學(xué)邊用、理論和實(shí)踐相結(jié)合考核方法實(shí)驗(yàn)30%理論授課70%期末考試80%平時(shí)成績(jī)20%

第1章概述教學(xué)目的及要求

本章首先將介紹EDA技術(shù)的發(fā)展階段及現(xiàn)階段的發(fā)展特征，EDA技術(shù)的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，接著將闡述硬件描述語(yǔ)言的概況及設(shè)計(jì)方法，然后說(shuō)明VHDL綜合的概念及自頂向下的設(shè)計(jì)方法，最后介紹了EDA的發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)對(duì)本章的學(xué)習(xí)，要求大家了解EDA相關(guān)的基本情況，掌握自頂向下的設(shè)計(jì)方法及綜合的概念。第一章概述

教學(xué)重點(diǎn)EDA技術(shù)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)硬件描述語(yǔ)言VHDLVHDL綜合基于VHDL的自頂向下設(shè)計(jì)方法第一章概述EDA技術(shù)及發(fā)展EDA技術(shù)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)硬件描述語(yǔ)言VHDLVHDL綜合基于VHDL的自頂向下設(shè)計(jì)方法12345EDA的發(fā)展趨勢(shì)7EDA與傳統(tǒng)電子設(shè)計(jì)方法的比較6第一章概述1.1EDA技術(shù)及其發(fā)展

EDA技術(shù)伴隨著計(jì)算機(jī)、集成電路、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展，經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：20世紀(jì)70年代，在集成電路制作方面MOS技術(shù)廣泛的應(yīng)用。CAD概念出現(xiàn)雛形。20世紀(jì)80年代，集成電路設(shè)計(jì)進(jìn)入CMOS時(shí)代。CAE（計(jì)算機(jī)輔助工程設(shè)計(jì)）和CAD應(yīng)用廣泛。20世紀(jì)90年代，硬件描述語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)一步確立，CAD、CAE在電子技術(shù)領(lǐng)域獲得更加廣泛的應(yīng)用。第一章概述

EDA技術(shù)在進(jìn)入21世紀(jì)后，得到了更大的發(fā)展，突出表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：使電子設(shè)計(jì)成果以自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的方式得以明確表達(dá)和確認(rèn)成為可能；在仿真和設(shè)計(jì)兩方面支持標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語(yǔ)言的功能強(qiáng)大的EDA軟件不斷推出；電子技術(shù)全方位納入EDA領(lǐng)域；EDA使電子領(lǐng)域各學(xué)科的界限更加模糊，更加互為包容；第一章概述1.1EDA技術(shù)及其發(fā)展更大規(guī)模的FPGA和CPLD器件的不斷推出；FieldProgrammableGateArray，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列ComplexProgrammableLogicDevice

，復(fù)雜可編程邏輯器件

EDA技術(shù)在進(jìn)入21世紀(jì)后，得到了更大的發(fā)展，突出表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一章概述1.1EDA技術(shù)及其發(fā)展基于EDA工具的ASIC設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)單元已涵蓋大規(guī)模電子系統(tǒng)及IP核模塊；軟硬件IP核在電子行業(yè)的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域、技術(shù)領(lǐng)域和設(shè)計(jì)應(yīng)用領(lǐng)域得到進(jìn)一步確認(rèn)；SoC高效低成本設(shè)計(jì)技術(shù)的成熟。系統(tǒng)級(jí)、行為驗(yàn)證級(jí)硬件描述語(yǔ)言的出現(xiàn)，使復(fù)雜電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證趨于簡(jiǎn)單。IntellectualProperty

，知識(shí)產(chǎn)權(quán)EDA技術(shù)及發(fā)展EDA技術(shù)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)硬件描述語(yǔ)言VHDLVHDL綜合基于VHDL的自頂向下設(shè)計(jì)方法12345EDA的發(fā)展趨勢(shì)7EDA與傳統(tǒng)電子設(shè)計(jì)方法的比較6第一章概述EDA技術(shù)ASIC設(shè)計(jì)FPGA/CPLD可編程ASIC設(shè)計(jì)門陣列(MPGA)標(biāo)準(zhǔn)單元(CBIC)全定制(FCIC)ASIC設(shè)計(jì)SOPC/SOC混合ASIC設(shè)計(jì)1.2EDA技術(shù)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)作為EDA技術(shù)最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的ASIC，通過(guò)三種途徑來(lái)完成：第一章概述超大卵規(guī)模離可編釘程邏誰(shuí)輯器薦件實(shí)現(xiàn)耀這一級(jí)途徑公的主蒸流器書(shū)件是FP巴GA港/C五PL衰D。直違接面驢向用求戶，腸具有皇極大娛的靈胃活性啦和通花用性葬，使農(nóng)用方肉便，而開(kāi)發(fā)援效率蟲(chóng)高，蝴成本揚(yáng)低，狂技術(shù)妄維護(hù)省簡(jiǎn)單賤，工源作可顛靠性偵好。第一幕章羊概扶述1.效2質(zhì)E禿DA技術(shù)佩實(shí)現(xiàn)趕目標(biāo)半定金制或尚全定遠(yuǎn)制AS素IC根據(jù)朱實(shí)現(xiàn)牙工藝籃，可凍統(tǒng)稱留為掩搶膜AS捧IC，可唇編程滅的AS祖IC具有險(xiǎn)靈活勁多樣許的編送程功銅能。呢掩膜AS賤IC分為猶：門舊陣列疼、標(biāo)齡準(zhǔn)單麻元、敞全定粘制三傳類。混合AS焰IC具有獅面向途用戶哭的編懸程功柄能和益邏輯根資源約，同捎時(shí)也大含有丑可方越便調(diào)嶼用和串配置胡的硬省件標(biāo)芒準(zhǔn)單委元模彩塊。第一爪章驗(yàn)概管述1.啟2險(xiǎn)E況DA技術(shù)通實(shí)現(xiàn)供目標(biāo)ED茂A技術(shù)采及發(fā)云展ED蠻A技術(shù)沈?qū)崿F(xiàn)廣目標(biāo)硬件督描述悟語(yǔ)言VH嘴DLVH治DL綜合基于VH帶DL的自服頂向飽下設(shè)攜計(jì)方簡(jiǎn)法12345ED妙A(yù)的發(fā)躲展趨街勢(shì)7ED說(shuō)A與傳受統(tǒng)電楚子設(shè)撇計(jì)方分法的飲比較6第一陷章怎概啊述ED錢A設(shè)計(jì)教分五椒級(jí)進(jìn)遍行分搭層次牽設(shè)計(jì)啊：系統(tǒng)敗級(jí)：茅即行遭為級(jí)打，最哄抽象辭的設(shè)科計(jì)層且次，樓它將僵電子凱系統(tǒng)蜜看作區(qū)由一鑄些系儲(chǔ)統(tǒng)部猴件組艇成而辱各部庭件之貞間的蟲(chóng)連接親可以肅是抽憤象的猾，只回要表超達(dá)清娘楚系批統(tǒng)的麻體系班結(jié)構(gòu)抹、數(shù)子據(jù)處僻理功頂能、茶算法蠅即可虛。RT容L級(jí)：砌以具諒有內(nèi)恩部狀繭態(tài)的材寄存氧器以腥及連竹接寄麗存器淘之間滑的邏添輯單笛元作滔為部妨件，卵重點(diǎn)際在于矩表達(dá)末信號(hào)朝的運(yùn)拾算、撿傳輸懶和狀被態(tài)的禿轉(zhuǎn)移角過(guò)程誕。第一年章永概痛述1.為3硬件盛描述套語(yǔ)言VH凝DLRe悅gi伴st音er抓T城ra蓋ns即fe鑼r嬸Le耗ve桐l,寄存粱器傳肝輸級(jí)ED譜A設(shè)計(jì)袍分五業(yè)級(jí)進(jìn)誦行分巧層次抗設(shè)計(jì)們：第一盒章慰概行述1.停3硬件覆描述面語(yǔ)言VH搏DL系統(tǒng)稀級(jí)RT然L級(jí)門級(jí)停：即或邏輯貧設(shè)計(jì)亭，以紗電路溜或觸芳發(fā)器甘作基節(jié)本部側(cè)件，牲表達(dá)麥各種促邏輯糕關(guān)系愚。電路蜘級(jí)：骨可看欺作分縫離的抬元件放為基顏本元廚件，案具體跑表達(dá)牲電路早在時(shí)閘域的有伏安緩特性行或頻殊域的悟響應(yīng)迅等性吧能。器件求級(jí)：財(cái)即板醬圖級(jí)安。一般裙硬件貨描述妖語(yǔ)言單采用槽的是乳前三孩級(jí)。常見(jiàn)顛的HD恥L有以逼下幾銅種：VH府DL：IE桃EE的工匙業(yè)標(biāo)扇準(zhǔn)HD眾L（硬陸件描哲述語(yǔ)私言）觸。相滅對(duì)嚴(yán)拾謹(jǐn)，粗適合虛于行猴為級(jí)帝和寄嗎存器闊傳輸邪級(jí)的到描述唐，可拒用于泳電路盆高級(jí)示建模。Ve遺ri珍lo斥g：也是IE越EE的工房誠(chéng)業(yè)標(biāo)驚準(zhǔn)，菌相對(duì)跌靈活弄，適蔑合于膠寄存因器傳考輸級(jí)粘尤其余是門惕級(jí)電照路的渡描述俱，是培比較費(fèi)低級(jí)鮮的描潔述語(yǔ)押言。AB蛇EL：是世襲界上準(zhǔn)可編迎程邏免輯器蓋件設(shè)紡計(jì)中蛋使用招的最城廣泛秘語(yǔ)言族之一駕，是矮一種撫層次頑結(jié)構(gòu)映的邏什輯描性述語(yǔ)臂言。Sy約st披emVe嚼ri串lo醋gSy虛st余em易C1.何3硬件顫描述傅語(yǔ)言VH幫DL第一授章諒概信述第一恨章腳概度述1.犯3硬件鈔描述芒語(yǔ)言VH堂DLVH羞DL：Ver俊y-度Hi蠻gh志-S補(bǔ)pe弓ed色I(xiàn)丙nt衛(wèi)eg開(kāi)ra棚te發(fā)d江Ci軋rc利ui等tHar鼻dw戲ar標(biāo)eDes率cr辦ip臺(tái)ti踐onLan非gu桑ag青e誕生估于19右82年，19歇87年底幫被IE扶EE和美商國(guó)國(guó)圓防部翼確認(rèn)求為標(biāo)般準(zhǔn)硬倆件描斤述語(yǔ)撒言（較標(biāo)準(zhǔn)階版本IE粥EE釋1泉07色6-蹦19饅87）。19薦93年IE葛EE對(duì)VH兇DL進(jìn)行肺了修掌訂，江從更憑高的岡抽象挪層次賺和系積統(tǒng)描妨述能尸力上鼓擴(kuò)展夢(mèng)了VH負(fù)DL的內(nèi)套容，即公布膽了新垃版本桑的VH其DL，即IE存EE標(biāo)準(zhǔn)閃的10棋76琴-1浙99車3版本丹。目菜前最爹新VH城DL標(biāo)準(zhǔn)義版本滿是IE挺EE病1懇07設(shè)6-性20伏02。應(yīng)用VH脆DL進(jìn)行稀工程忘設(shè)計(jì)腔的優(yōu)稿點(diǎn)如哀下：VH鈔DL具有津更強(qiáng)彩的行步為描慮述能秧力。VH凈DL具有屋豐富觀的仿五真語(yǔ)宿句和脆庫(kù)函記數(shù)。VH死DL支持鏟大規(guī)背模設(shè)橫計(jì)的踢分解夠和已尾有設(shè)隆計(jì)的吊再利縱用功鳳能。可以湯利用ED偵A工具晶進(jìn)行袋邏輯拒綜合臨和優(yōu)邪化，卷并自烈動(dòng)轉(zhuǎn)釋變成蔽門級(jí)蹄網(wǎng)表眾。對(duì)設(shè)大計(jì)的元描述勸具有飛相對(duì)叮獨(dú)立貿(mào)性。具有論類屬丹描述美語(yǔ)句滅和子搏程序賣調(diào)用誓等功祥能。第一劇章涼概頁(yè)述1.四3硬件末描述直語(yǔ)言VH測(cè)DLED攝A技術(shù)壯及發(fā)缺展ED塑A技術(shù)覽實(shí)現(xiàn)忍目標(biāo)硬件榜描述濕語(yǔ)言VH膨DLVH蛙DL綜合基于VH死DL的自慕頂向帥下設(shè)傳計(jì)方恒法12345ED閃A的發(fā)前展趨語(yǔ)勢(shì)7ED金A與傳雖統(tǒng)電篩子設(shè)缸計(jì)方蓄法的求比較6第一臭章挑概獻(xiàn)述1.首4貪V拴HD祝L綜合綜合筆的概念：電差子設(shè)尼計(jì)中劉，將汁用行循為和誤功能愚層次兄表達(dá)括的電籍子系鏡統(tǒng)轉(zhuǎn)郵換為司低層螺次的督便于外具體歉實(shí)現(xiàn)款的模鏟塊組升合裝慣配的養(yǎng)過(guò)程趁稱為血綜合垂。事實(shí)華上，賽設(shè)計(jì)村過(guò)程要中的臂每一澡步都圈可稱弄為一椒個(gè)綜漁合環(huán)霜節(jié)。第一客章勿概漁述(1關(guān))從自臘然語(yǔ)畏言轉(zhuǎn)載換到VH娃D(zhuǎn)L語(yǔ)言懸算法椒表示忌，即自然尚語(yǔ)言韻綜合；(2錦)從算舌法表吧示轉(zhuǎn)俊換到厲寄存君器傳仙輸級(jí)(R逆eg腎is騎te燃r指Tr認(rèn)an繼sp冰or艷t絹Le亡ve屬l，RT澆L)，即韻從行麻為域治到結(jié)帥構(gòu)域肅的綜擾合，醒即行為梨綜合；1.獸4妙V繭HD齊L綜合綜合戰(zhàn)的概念：電紗子設(shè)茂計(jì)中椅，將紀(jì)用行巷為和壟功能微層次鋸表達(dá)羊的電猜子系擇統(tǒng)轉(zhuǎn)臺(tái)換為師低層厚次的采便于緊具體劉實(shí)現(xiàn)裕的模載塊組較合裝淺配的攔過(guò)程游稱為庫(kù)綜合嗽。事實(shí)乎上，山設(shè)計(jì)隸過(guò)程題中的脆每一垃步都材可稱楊為一改個(gè)綜宏合環(huán)日節(jié)。第一擺章鋒概鑒述(3喪)新RT夜L級(jí)表今示轉(zhuǎn)嗽換到別邏輯匯門(包括暮觸發(fā)攪器)的表再示，洞即邏輯挎綜合；(4惹)從邏崗輯門廉表示總轉(zhuǎn)換者到版丙圖表太示(A訴SI珠C設(shè)計(jì))，或李轉(zhuǎn)換錄到FP膀GA的配珠置網(wǎng)賺表文緊件，馬可稱嘩為版圖宅綜合或結(jié)構(gòu)駝綜合。有軍了版列圖信箱息就糕可以園把芯逃片生面產(chǎn)出勵(lì)來(lái)了搖。有文了對(duì)丘應(yīng)的大配置歇文件畜，就加可以蔥使對(duì)提應(yīng)的FP異GA變成駕具有挺專門拍功能洲的電再路器組件。1.怎4琴V組HD姥L綜合綜合肅的概念：電熄子設(shè)桑計(jì)中微，將懶用行想為和殼功能均層次誰(shuí)表達(dá)掀的電晨子系斗統(tǒng)轉(zhuǎn)棕?fù)Q為別低層揀次的被便于康具體濕實(shí)現(xiàn)瓦的模朽塊組回合裝茅配的填過(guò)程奇稱為杏綜合腳。事實(shí)盛上，湊設(shè)計(jì)醒過(guò)程敏中的躲每一乏步都嘗可稱煤為一慨個(gè)綜食合環(huán)吃節(jié)。第一忙章浸概梢述因此眉，綜子合器倒就是忘能夠斑自動(dòng)羊?qū)⒁灰胺N設(shè)載計(jì)形栽式向狐另一畜種設(shè)忽計(jì)表明示形爛式轉(zhuǎn)藥換的鐵計(jì)算哥機(jī)程道序，董或協(xié)墨助進(jìn)綢行手宅工轉(zhuǎn)替換的銹程序怪。C、AS跟M.敗..程序CPU指令/數(shù)據(jù)代碼：0100101000101100軟件程序編譯器

COMPILER編譯貫器和仰綜合劃功能媽比較VH歸DL臉/V改ER往IL遞OG熊.程序

硬件描述語(yǔ)言綜合器

SYNTHESIZER為AS辦IC設(shè)計(jì)彩提供朽的電路直網(wǎng)表避文件（a）軟件瞞語(yǔ)言倦設(shè)計(jì)跨目標(biāo)府流程（b）硬件植語(yǔ)言贊設(shè)計(jì)礎(chǔ)目標(biāo)磨流程第一益章粥概禁述1.恭4祝V困HD倚L綜合VH火DL綜合經(jīng)器運(yùn)磚行流秒程設(shè)計(jì)蓋規(guī)則時(shí)間徑約束面積繁約束第一乖章造概亡述1.落4針V達(dá)HD君L綜合ED閘A技術(shù)揮及發(fā)慨展ED葡A技術(shù)姑實(shí)現(xiàn)驢目標(biāo)硬件面描述棚語(yǔ)言VH款DLVH廉DL綜合基于VH鏟DL的自集頂向容下設(shè)揮計(jì)方屈法12345ED織A的發(fā)糞展趨觀勢(shì)7ED擺A與傳姜統(tǒng)電楊子設(shè)跌計(jì)方肌法的容比較6第一豆章旁概艙述1.盆5基于VH誕DL的自落頂向縱下設(shè)俗計(jì)方俘法第一琴章曲概濤述ED傾A技術(shù)拿及發(fā)態(tài)展ED慘A技術(shù)祥實(shí)現(xiàn)撿目標(biāo)硬件護(hù)描述庭語(yǔ)言VH卵DLVH匹DL綜合基于VH昏DL的自否頂向階下設(shè)氧計(jì)方泄法12345ED椅A的發(fā)拆展趨傳勢(shì)7ED趨A與傳符統(tǒng)電今子設(shè)久計(jì)方互法的凍比較6第一受章泊概獸述1.秤6便E苗DA與傳葬統(tǒng)電嚴(yán)子設(shè)贊計(jì)方秀法的嘆比較手工予設(shè)計(jì)顧方法瓣的缺漸點(diǎn)是查：1)復(fù)雜廣電路共的設(shè)糧計(jì)、架調(diào)試職十分順困難剩。2)如果純某一逗過(guò)程蠶存在摩錯(cuò)誤陵，查屢找和刮修改絞十分按不便星。3)設(shè)計(jì)挨過(guò)程覺(jué)中產(chǎn)昆生大宜量文割檔，潑不易艇管理質(zhì)。4)對(duì)于賣集成繪電路辭設(shè)計(jì)齊而言舒，設(shè)夠計(jì)實(shí)虜現(xiàn)過(guò)謝程與梢具體顏生產(chǎn)誰(shuí)工藝估直接宿相關(guān)衛(wèi)，因礙此可伍移植斬性差父。5)只有樂(lè)在設(shè)泡計(jì)出煙樣機(jī)撕或生筑產(chǎn)出惡芯片刪后才猶能進(jìn)補(bǔ)行實(shí)伸測(cè)。ED錯(cuò)A技術(shù)收有很崇大不診同：1)采用污硬件宿描述功語(yǔ)言怕作為偵設(shè)計(jì)射輸入往。2)庫(kù)(L訪ib攏ra裳ry學(xué))的引眨入。3)設(shè)計(jì)顫文檔答的管磨理。4)強(qiáng)大賓的系那統(tǒng)建獸模、做電路擾仿真萬(wàn)功能孩。5)具有攔自主砌知識(shí)寺產(chǎn)權(quán)殖。6)開(kāi)發(fā)齊技術(shù)站的標(biāo)滅準(zhǔn)化拍、規(guī)之范化避以及IP核的亮可利驚用性小。7)適用襖于高艙效率籌大規(guī)順模系閥統(tǒng)設(shè)廳計(jì)的絨自頂纖向下鋸設(shè)計(jì)衫方案場(chǎng)。8)全方縮慧位地峰利用河計(jì)算筑機(jī)自趴動(dòng)設(shè)慕計(jì)、光仿真蹲和測(cè)鵝試技忽術(shù)。9)對(duì)設(shè)誘計(jì)者腐的硬爆件知迅識(shí)和辰硬件者經(jīng)驗(yàn)疾要求燥低。10擱)高速診性能串好。1