数字集成电路设计之数字系统设计自动化

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1、第九章第九章数字系统设计自动化数字系统设计自动化9.1数字系统设计流程概述数字化及其设计自动化；基于设计自动化的设计流程、单元库；EDA技术的发展趋势9.2硬件描述语言VHDL语言；VerilogHDL语言9.3设计分析与模拟9.4自动综合与设计验证自动综合；设计验证9.5系统封装系统封装第九章第九章§§9.19.1数字系统设计流程概述数字系统设计流程概述§9.1数字系统设计流程概述§9.1.1数字系统及其设计自动化一、数字系统的概念1、自然界物理量:模拟量和数字量（Analogvs.Digital）v/Vv/V0tt模拟信号数字信号§9.1数字系统

2、设计流程概述2、采用数字信号的优势òò只有只有高高、、低低两种电平分别用两种电平分别用‘‘11’‘’‘00’’表示；表示；òò易于传输信息易于传输信息：：抗干扰能力强等；抗干扰能力强等；òò易于处理信息易于处理信息::有一定的有一定的““逻辑思维逻辑思维””能力；能力；òò集成度集成度高，通用性强。高，通用性强。数字逻辑电路（数字电路）：用来处理数字信号的电子线路。各种功能是通过逻辑运算逻辑运算和和逻辑判逻辑判断断来实现的。§9.1数字系统设计流程概述数字逻辑在电子设备或电子系统中的应用§9.1数字系统设计流程概述3、EDA技术发展的三个阶段:1)早

3、期电子CAD阶段20世纪70年代EDA技术发展初期。用计算机、二维图形编辑与分析的CAD工具,完成布图布线等高度重复性的繁杂工作。2)计算机辅助工程CAE阶段20世纪80年代，出现了低密度和，相应的EDA开发工具主要解决电路设计没有完成之前的功能检测等问题。80年代后期，EDA工具已经可以进行初级的设计描述，综合、优化和设计结果验证。§9.1数字系统设计流程概述3)电子设计自动化EDA阶段20世纪90年代，可编程逻辑器件迅速发展，出现功能强大的全线EDA工具.具有较强抽象描述能力的硬件描述语言（HDL）及高性能综合工具的使用,使过去单功能电子产品开发

4、转向系统级电子产品开发(SOC)。`开始实现“概念驱动工程”的梦想§9.1数字系统设计流程概述§9.1.2基于设计自动化的设计流程基本思想：自顶向下（top-down）的设计方法模拟验证工具：SPICE设计语言：VHDL、Verilog优点：⑴方便了从系统级划分和管理整个项目；⑵简化了设计队伍的管理；⑶减少了不必要的重复；⑷提高了设计的一次成功率。§9.1数字系统设计流程概述产品需求基于系统设计与验证设功能设计与N计自功能验证N动化寄存器传输级设计与验证的设逻辑设计与验证计流物理设计与版图验证程芯片制造与封装测试§9.1数字系统设计流程概述系统功能定

5、义深亚功能测试行为设计图案生成微米N设行为仿真与性能评估计Y流布局规划测试生成程布局布线逻辑设计NN后仿真与性能评估结构仿真与性能评估YY芯片制造时序分析§9.1数字系统设计流程概述§9.1.3单元库单元库信息：ò物理版图信息行为模型：高层次描述VHDL/Verilog语言模型时间模型：时序性能，时序模型测试手段电路草图单元标识连线仿真模型§9.1数字系统设计流程概述§9.1.4EDA技术的发展趋势摩尔定律（Moore’sLaw）：每过18个月,IC中晶体管的集成度增加一倍òSOC对EDA软件提出了系统级的仿真能力的要求；ò深亚微米设计成功的关键：如

6、何减少互连延迟；ò复杂性和集成度的增加对数据管理提出了高要求；ò如何减少上市时间(Time-to-Market)；ò设计的第三维度：低功耗。第九章第九章§§9.29.2硬件描述语言硬件描述语言§9.2硬件描述语言§9.2.1VHDL语言一、什么是VHDL？VHDL--VVHSICHSICHDLHDL超高速集成电路硬件描述语言V—VHSIC(VeryHighSpeedIntegratedCircuit)H—HardwareD—DescriptionL—Language§9.2硬件描述语言二、VHDL的历史ò80年代初由美国国防部在实施超高速集成电路（V

7、HSIC）项目时开发的。ò1987年由IEEE协会批准为IEEE工业标准，称为IEEE1076-1987。ò各EDA公司相继推出支持VHDL的设计环境。ò1993年被更新为93标准，即IEEE1076-1993。进一步提高抽象描述层次，扩展系统描述能力。§9.2硬件描述语言三、VHDL的作用1、VHDL打破软、硬件的界限传统的数字系统设计分为：硬件设计（硬件设计人员）软件设计（软件设计人员）VHDL是电子系统设计者和EDA工具之间的界面。2、VHDL与C、C++的比较：C、C++代替汇编等语言VHDL代替原理图、逻辑状态图等§9.2硬件描述语言四、V

8、HDL电路设计主要描述数字系统的结构、行为、功能和接口VHDL将一个设计(元件、电路、系统)分为：外部（可视