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1.5面向FPGA的EDA开发流程
FPGA／CPLD设计流程
应用FPGA/CPLD的EDA开发流程: 原理图/VHDL文本编辑
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综合
FPGA/CPLD
器件和电路系统 适配
结构综合器 FPGA/CPLD 编程下载 逻辑综合器
功能仿真
FPGA/CPLD
1、isp方式下载 2、JTAG方式下载 3、针对SRAM结构的配置 4、OTP器件编程
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1.1 EDA技术及其发展 电子技术全方位纳入EDA领域； EDA使得电子领域各学科的界限更加模糊，更加互为包 容； 更大规模的FPGA和CPLD器件的不断推出； 基于EDA工具的ASIC设计标准单元已涵盖大规模电 子系统及IP核模块； 软硬件IP核在电子行业的产业领域、技术领域和设 计应用领域得到进一步确认； SoC高效低成本设计技术的成熟； 系统级、行为验证级硬件描述语言（System C） 出现，使复杂电子系统的设计和验证趋于简单。
课程的地位和教学目标
教学目标：
掌握EDA技术的基本概念； 学会用EDA技术进行电路设计的基本方法 了解当前电子技术发展水平和前沿技术
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课程地位：
学科基础性课程； 技术基础应用性课程； 现代电子设计技术导论性课程。
EDA技术重要性
现代电子工业发展不可缺少的核心技术 电子工程各学科领域不可缺少的核心技术
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1.3.1 硬件描述语言VHDL
硬件描述语言是EDA技术的重要组成部分，VHDL 是作为电子设计主流硬件的描述语言。 VHDL语言具有很强的电路描述和建模能力，能从多 个层次对数字系统进行建模和描述，从而大大简化了硬 件设计任务，提高了设计效率和可靠性。 用VHDL进行电子系统设计的一个很大的优点是设计 者可以专心致力于其功能的实现，而不需要对不影响功 能的与工艺有关的因素花费过多的时间和精力。
EDA技术与VHDL
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参 考 书 目
《EDA技术实用教程》主要特点
一、注重实践与实用
1、 每全书的重点部分多出自作者的实践积累 2、 每一章都按排了有针对性的习题 3、 每一章都按排了有针对性的实验（除第1、2章） 4、 不但注重设计的完成，而且注重设计的效果 5、 注重实例的电子设计实用性 6、 介绍大量典型EDA设计项目（包括实验） 7、 大多数实验含设计示例，绝大多数示例都通过综合与硬件验证 1、 对硬件描述语言使用特殊讲解方法
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1.2电子设计自动化应用对象
单从批量上看，在 2 万片数量的高度复杂设 计上，半导体业分析师与供应商一致认为， FPGA 应该是最可行的结构，而结构化 ASIC 则是 10 万至 3 00万片范围内的最佳选择。 超出这个数量，传统 ASIC 成为当仁不让计自动化应用对象
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1.5.2 综合
整个综合过程就是将设计者在EDA平台上编辑 输入的HDL文本、原理图或状态图形描述，依据 给定的硬件结构组件和约束控制条件进行编译、 优化、转换和综合，最终获得门级电路甚至更底 层的电路描述网表文件。由此可见，综合器工作 前，必须给定最后实现的硬件结构参数，它的功 能就是将软件描述与给定的硬件结构用某种网表 文件的方式对应起来，成为相应互的映射关系。
1.2 电子设计自动化应用对象
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作为EDA技术最终实现目标的ASIC，通过三种途径来完成：
EDA技术 ASIC设计
SOPC/SOC 门阵列 （MPGA）； 标准单元 （CBIC）； 全定制； （FCIC）； ASIC设计
FPGA/CPLD 可编程ASIC 设计
混合 ASIC 设计
SOPC
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编译器和综合功能比较
C、ASM... 程序
软件程序编译器
COMPILER
（a）软件语言设计目标流程
CPU指令/数据代码： 010010 100010 1100
VHDL/VERILOG. 程序
硬件描述语言 综合器
SYNTHESIZER 为ASIC设计提供的 电路网表文件
（b）硬件语言设计目标流程
1.4 EDA与传统电子设计方法的比较
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手工设计方法的缺点是： 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档，不易管 理。 4)对于集成电路设计而言，设计实现 过程与具体生产工艺直接相关，因此 可移植性差。 5)只有在设计出样机或生产出芯片后 才能进行实测。
时序与功能 门级仿真
1、功能仿真 2、时序仿真
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1.5.1 设计输入(原理图／HDL文本编辑)
1. 图形输入 原理图输入 图 形 输 入
状态图输入
波形图输入
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1.5.1 设计输入(原理图／HDL文本编辑)
2. HDL文本输入
这种方式与传统的计算机软件语言编辑输入基 本一致。就是将使用了某种硬件描述语言(HDL)的 电路设计文本，如VHDL或Verilog的源程序，进行 编辑输入。 可以说，应用HDL的文本输入方法克服了上述原 理图输入法存在的所有弊端，为EDA技术的应用和 发展打开了一个广阔的天地。
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二、注重速成
2、 使用向导式方式介绍原理图、波形、VHDL文本的EDA工具输入设计方法 3、 聚焦VHDL可综合语句的不应用
三、注重系统性、完整性与独立性相结合
1、 深入浅出，难度跨越大，适合于各层次需求 2、 简洁而不失完整地介绍EDA技术的基本内容和使用方法 3、 可根据自己的需求单独阅读某一章节
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1.3.2 VHDL综合
设计过程中的每一步都可称为一个综合环节。
(4) 从逻辑门表示转换到版图表示(ASIC设计)，或转换到 FPGA的配置网表文件，可称为版图综合或结构综合。有了 版图信息就可以把芯片生产出来了。有了对应的配置文件， 就可以使对应的FPGA变成具有专门功能的电路器件。
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VHDL综合器运行流程
1.3.3 基于VHDL的自顶向下设计方法
自顶向下的设计流程:
1．设计说明书
5．前端功能仿真
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9．结构综合
2．建立VHDL行为模型
6．逻辑综合
10．门级时序仿真
3．VHDL行为仿真
7．测试向量生成
11．硬件测试
4．VHDL-RTL级建模
8．功能仿真
12．设计完成
NIOS ARM RAM/ROM FIFO
SDRAM CONTROL
FIR，IIR，FFT
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PCI
UART
Ethernet Interface Multiply Unit JPEG CPL
USB
PLLs
VGA
PS2
DSP Blocks
SOC： SYSTEM ON A CHIP SOPC： SYSTEM ON A PROGAMMABLE CHIP
LAYOUT——IC版图
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2000年： Intel Pentium® 4 硅栅 CMOS工艺， 0.18µm线宽，1 层多晶，6层金属 ，42M个晶体管 ，1.3-1.8G Hz 时 钟。 芯片面积 224平方mm。
PCB——印制电路板
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1.1 EDA技术及其发展
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1.3.2 VHDL综合
设计过程中的每一步都可称为一个综合环节。 (1) 从自然语言转换到VHDL语言算法表示，即自然语言综合； (2)从算法表示转换到寄存器传输级(Register Transport Level，RTL)，即从行为域到结构域的综合，即行为综合； (3) RTL级表示转换到逻辑门(包括触发器)的表示，即逻辑 综合；
教学方式——达到教学目标的手段
授课形式：课表课时36小时
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讲课18（ EDA实验室）； 实验18（EDA实验室）：分批、课内开放、目标引导、独 立设计完成项目
课程作业和结业考核形式
作业和实验：完成设计、仿真、调试、论文和实验报告 考核形式：
⌧1、作业和实验；2、考试
学习和实验要求：
1、按照要求完成看书、调研和实验设计； 2、遵守实验要求及实验室管理制度：用机及安全要求、 实验教学秩序
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1.1 EDA技术及其发展
EDA技术在进入21世纪后，得到了更大的发展，突出表现 在以下几个方面： 在FPGA上实现DSP成为可能，有力地推动了软件无 线电的发展； 嵌入式软核的成熟，使得SOPC步入大规模应用阶段； 使电子设计成果以自主知识产权的方式得以明确表达 和确认成为可能； 在仿真和设计两方面支持标准硬件描述语言的功能强 大的EDA软件不断推出。
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1.1 EDA技术及其发展 CAD——计算机辅助设计；EDA——电子设计自动化。 70年代：CAD是计算机辅助设计，电子CAD（或称 ECAD）。设计PCB和版图，几百门。软件无自动化 功能 80年代，随着VLSI和多层PCB的设计要求，计算机图 形工作站的问世和PC机的发展，进入初级的具有自动 化功能的EDA时期。 EDA（电子设计自动化）是电 子CAD工具的总称，是从电子CAD发展起来的一门技 术。 90年代以后，EDA技术已经渗透到电子系统与集成电 路设计的各个环节，发展十分迅速。形成了一种区别 于传统设计的思想和方法，可以说是对电子设计的一 个革命。
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1.2电子设计自动化应用对象
1. 超大规模可编程逻辑器件
FPGA和CPLD是实现这一途径的主流器件，特点是直 接面向用户，具有极大的灵活性和通用性。
2. 半定制或全定制ASIC
掩模ASIC：门阵列ASIC 、标准单元ASIC 、全定制ASIC