本科vhdl与复杂数字系统设计第3章new

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1、第三章设计输入与仿真综合第三章设计输入与仿真综合3.1复杂数字系统设计概述3.2设计输入及其EDA工具软件3.3设计输入的形式3.4VHDL仿真建模3.5设计综合复习思考题第三章设计输入与仿真综合3.1复杂数字系统设计概述3.1.1复杂数字系统设计流程随着集成电路技术的飞速发展，数字设计的规模不断加大，复杂度不断增加。同时，设计周期要求越来越短，特别是当微电子技术进入(超)深亚微米时代，单片的集成度达数百万个晶体管，工艺的变化使得各种寄生参数对芯片的性能产生了很大的影响时，在设计中不采用强有力的EDA工具是不可能的。第三章设计输入与仿真综合传统的

2、数字系统设计方法是利用真值表、卡诺图、状态方程组、状态转换表、状态转换图等描述工具建立系统模型来进行系统设计的。上述方法在数字逻辑课程中都有详细的讲解，在此不再赘述。对于一个复杂的数字系统，由于它的输入变量数、输出变量数和内部的状态数很多，如果用传统设计方法来描述和设计将是十分困难，甚至是无法完成的。为此，必须树立系统概念，采用从系统总体出发来描述和设计。常用的方法有本书第一章已经介绍的自顶向下法和自底向上法。　复杂数字系统的设计流程随着不同的设计目标、设计方法、设计工艺变化而变化，从图3-1中可以看出，复杂数字系统设计中几个关键的环节分别为：设

3、计输入、逻辑仿真、综合以及布局布线等。第三章设计输入与仿真综合源码输入功能级设计输入逻辑仿真电路级设计输入综合系统级规约逻辑仿真测试时序分析电路网表测试码度布局/布线选项布局布线版图数据GDSIIRC提取RC寄生参数版图验证GDSII网表图3-1复杂数字系统的设计流程图第三章设计输入与仿真综合复杂数字系统设计采用结构化的设计方法如下所述：　(1)由多个设计小组协同完成一个复杂的设计是通常采用的设计策略。　(2)首先将复杂的设计划分为若干个模块，各个设计小组使用统一的设计工具，按照统一的标准，分别完成各个模块的设计和仿真，在此基础上完成整个系统的集

4、成。结构化设计方法既可应用于前端设计，也可应用于包括后端设计在内的整个设计过程。　当前，主流的复杂数字系统设计主要采用高层次设计技术。相对于逻辑图输入等设计方法，高层次设计方法具有设计速度快，不依赖于特定工艺和时钟等优点。高层次设计的过程如下：第三章设计输入与仿真综合(1)根据用户需求描述，确定设计要求。(2)行为级描述。利用VHDL或Verilog硬件描述语言来描述电路的功能。RTL级设计是行为级描述中通常使用的方法，设计时，在数据处理和传输的路径中设置若干级寄存器，数据在寄存器之间的行为由逻辑和运算表示。　(3)行为级仿真。即利用EDA工具对

5、前一阶段的设计进行仿真，以确定设计描述符合设计要求。第三章设计输入与仿真综合(4)逻辑综合。即把设计的行为描述转化为由门级单元组成的结构描述。在逻辑综合中，门级单元会映射为特定工艺的标准单元库。　(5)门级仿真。即电路的门级功能仿真和时序验证。　实际上，高层次设计过程是以上步骤的迭代，功耗分析和可测性设计也是设计过程的重要部分。第三章设计输入与仿真综合3.1.2EDA硬件和软件平台配置软硬件平台即指软硬件设计环境，它应兼顾集中和分散相结合的原则，以互联网(Internet)为基础。同时软硬件设计环境应既能满足系统级芯片(SoC)百万门级的设计需求

6、，又能适合面大量广的万门级、十万门级的设计需求。软硬件平台的建设一般呈金字塔形，分上、中、下三部分，依次为高档工作站、中档工作站、低端工作站，教学应以低端工作站为主。商业上的典型应用如北京集成电路设计园，其软硬件平台的建设如图3-2所示。第三章设计输入与仿真综合软件数目相对比例投资比例物理①层设计～28%②可测性设计～30%③逻辑综合软件包50～10%方案设计软件包设计输入与仿真200RTL级设计/线路设计/版图编辑～32%图3-2北京集成电路设计园软硬件平台的建设示意图第三章设计输入与仿真综合在图3-2中：　①——少量的深亚微米版图设计工具（0

7、.5~0.18μm）和次深亚微米以上版图设计工具（2~0.6μm）；　　②——如果逻辑综合中包含了全扫描测试工具，这里可以变为存储器测试逻辑和边界扫描工具各1~2个；　③——分别指适量的高、中、低逻辑综合工具。高是指能进行深亚微米设计的，中是指能进行次深亚微米设计的，低是指可以进行FPGA综合，或看HDL代码是否符合综合条件的。　该平台包括网络环境软硬件、EDA设计软硬件等。EDA软件主要供应商有Cadence、Synopsys、MentorGraphics等公司。第三章设计输入与仿真综合1.硬件设计环境设计网络环境主要由工作站、服务器、打印机、

8、带宽管理器及其它网络设备组成，采用层次结构，由服务器和高档工作站构成EDA中心，由中低档工作站组成开放实验室，由低档工作站和PC机构成个