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OUTLI IC EDA系N统概E 述
高层级描述与模拟—VHDL及模拟
综合 逻辑模拟 电路模拟 时序分析和混合模拟 版图设计的EDA工具 器件模拟 工艺模拟 计算机辅助测试（CAT）技术
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逻辑模拟
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逻辑模拟
❖ 逻辑模拟的主要作用：验证逻辑功能和时序 的正确性
集成电路设计的EDA系 统
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集成电路设计结构
•Specification •Behavior •Register-transfer •Logic •Circuit •Layout
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集成电路设计流程
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OUTLI IC EDA系N统E概述
高层级描述与模拟—VHDL及模拟 综合 逻辑模拟 电路模拟 时序分析和混合模拟 版图设计的EDA工具 器件模拟 工艺模拟 计算机辅助测试（CAT）技术
什么是逻辑功能？输入和输出之间的逻辑关系， 不考虑与时间的关系。
什么是时序？考虑与时间的关系，输入和输出 之间与时间有关系
组合逻辑和时序逻辑
➢ 组合逻辑：输出只决定于同一时刻各输入状态的组 合，与以前状态无关
特点：输入与输出间无反馈途径；电路中无记忆单元 ➢ 时序逻辑：输出与输入状态有关，还与系统原先状 态有关
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硬件描述语言
Hardware Description Language, HDL
HDL出现的背景 复杂电子系统难以用逻辑图、电路图和逻辑表达式
等描述，希望有更加简练、使用top-down设计方法 的描述，因此出现了多种HDL语言。
通常指高层设计阶段描述硬件
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HDL语言的特点
❖ 基本概念：将逻辑设计输入到计算机，用软件 方法形成硬件的模型，给定输入波形，利用模 型算出各节点和输出端的波形，判断是否正确
❖ 逻辑模拟的基本概念：
➢ 将逻辑设计输入到计算机，用软件方法形成硬件 的模型
➢ 给定输入信号波形，利用模型算出各节点和输出 端的波形，判断是否正确
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❖ 几个概念
Verilog
作为逻辑模拟软件的输入语言而开发的。描述能 力没有VHDL强，但结构化语言，程序库丰富。应用 广泛。
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系统功能设计的EDA技术
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OUTLI IC EDA系N统概E 述
高层级描述与模拟—VHDL及模拟
综合 逻辑模拟 电路模拟 时序分析和混合模拟 版图设计的EDA工具 器件模拟 工艺模拟 计算机辅助测试（CAT）技术
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RTL两级映射： 高级综合和逻 辑综合之间的 桥梁
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逻辑设计的ED给定的逻辑功能和性能要求，在一
个包含许多结构、功能、性能已知的逻辑元件 的逻辑单元库支持下，确定出由一定逻辑单元 组成的逻辑结构
❖ 输入：逻辑设计描述；输出：逻辑网表或 逻辑图
数据通道和控制部分（RTL级网表） 模拟验证
RTL两级工艺映射
逻 工艺相关的结构
辑 综
逻辑图自动生成
合 逻辑图 模拟验证
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工艺映射
通过高级综合，已知工艺无关的RTL结构 描述、目标工艺及一组设计约束，在满足 设计约束条件下，在物理域上实现同一层 次的结构描述，实现与工艺相关的RTL结构 描述。（不丢结构信息，增加工艺数据）
❖ ICEDA系统介入了包括系统功能设计、逻辑 和电路设计以及版图设计等在内的集成电路 设计的各个环节
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OUTLI IC EDA系N统概E 述
高层级描述与模拟—VHDL及模拟
综合 逻辑模拟 电路模拟 时序分析和混合模拟 版图设计的EDA工具 器件模拟 工艺模拟 计算机辅助测试（CAT）技术
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综合
❖ 概念：从设计的高层次向低层次转换的过程， 是一种自动设计的过程；一种专家系统
分类（根据设计层次）：
高级综合(算法级综合)：从算法级到寄存器传输级
逻辑综合(RTL级综合、行为综合)：从寄存器传输级 到逻辑级
物理综合：逻辑图或电路图到版图，严格说应该是同
级驱动
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高级综合
➢抽象地对电子实体进行精确、简练的行为描述 和结构描述 ➢可在不同层次上，形成用于模拟和验证的设计 描述 ➢多层次混合描述 ➢ 既可被模拟，又可被综合
出现多种HDL语言，为便于信息交换和维护，出现工业标准
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几种主要的硬件描述语言
VHDL
美国国防部开发。在不同的抽象程度上描述各种 不同层次的电子系统。支持行为级、RTL级、门级设 计。即可作为硬件动作的描述，又可作为功能模拟 或逻辑综合的输入。
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IC EDA系统概述
EDA（Electronic Design Automation） 电子设计自动化；Computer Aided
Design，CAD EDA的目的
运用计算机辅助设计，建立起完整的电子 系统设计、分析、模拟、仿真、综合等手段， 以使整个电子系统的设计能够在计算机平台 上自动运行。
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IC EDA系统的作用
什么是模拟？ 对于设计输入抽象出模型，施加外部激励，观察输
出，进行判断
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IC EDA系统的发展
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IC设计中的EDA系统
❖ 整个设计过程就是把高层次的抽象描述逐级 向下进行综合、验证、实现，直到物理级的 低层次描述，即掩膜版图。
❖ 各设计阶段相互联系，例如，寄存器传输级 描述是逻辑综合的输入，逻辑综合的输出又 可以是逻辑模拟和自动版图设计的输入，版 图设计的结果则是版图验证的输入。
将设计的算法级描述转换为RTL级描述
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高级综合
❖ 核心：分配（ALLOCATION）和调度 （SCHEDULING）
分配：给定性能、面积/功耗条件下，确定硬 件资源：执行单元、存储器、控制器、总线等， 产生数据通道
调度：确定这些结构的操作次序
❖ 根据控制流图和调度中产生的状态信息，利 用传统的RTL/逻辑综合技术综合出控制器 部分
❖ 目标：找到代价最小的硬件结构，使性能最 佳
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❖ 综合中的优化问题：资源共享、连接优化、 时钟分配等
优化目标：面积、速度、功耗、可测试性
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行为模拟验证
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综合过程
输入的行为描述编译（VHDL，Verilog）
高
级
综 中间数据结构
合
数据流综合子系统、控制流综合子系统