本科vhdl与复杂数字系统设计第1章new

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1、ELECTRONICENGINEERXIDIANUNIVERSITYPRESSVHDLandComplexDigitalSystemDesignVHDL与复杂数字系统设计金西VHDLandComplexDigitalSystemDesign西安电子科技大学出版社目录第一章复杂数字系统设计与EDA工具发展趋势第二章硬件描述语言VHDL第三章设计输入与仿真综合第四章EDA技术与可编程ASIC的设计实现第五章版图编辑与版图验证第六章建库设计第七章Pspice与器件模型第八章测试技术与物理仿真第一章复杂数字系统设计与EDA工具发展趋势1.

2、1数字系统设计策略1.2数字系统的设计流程1.3EDA工具及其发展方向复习思考题1.1数字系统设计策略1.1.1数字系统自动设计的要求1.设计正确性设计的正确性是数字系统设计中最基本的要求。设计一旦完成并送交制造厂生产后，再发现有错误，就需要重新制版，重新流片。一个复杂的数字系统设计，电路、版图数据量大，要作一次修改，代价是非常昂贵的。目前专用集成电路(ASIC,ApplicationSpecificIntegratedCircuit)一般要求一次投片成功。中小规模集成电路可以人工验证，而对于VLSI来说，花费大量人工也无法保证设

3、计的正确性。这就要求：在一个完整设计自动化系统的支持下，在各设计层次上都要进行反复验证和检查，各层次的设计数据都能自动转换和统一处理。由于数字系统设计的限制，需要有功能更强，性能更好的EDA设计工具将整个集成电路设计过程统一考虑，前后呼应，使系统设计达到最优。目前，计算机辅助设计软件及工具几乎渗透到VLSI设计的各个步骤中，比如工艺模拟、器件模拟、电路分析、逻辑验证、版图验证及参数提取、布图工具、综合工具、计算机辅助设计、封装工具……。　在复杂数字系统设计中，测试是一个十分重要的课题。测试的意义在于检查电路是否能按设计要求正常工作

4、。随着芯片功能的日趋复杂，测试费用所占的比例明显增大，虽然芯片测试是在芯片生产过程当中进行的，但是为了减小测试所需要的资源，往往在电路设计阶段就要充分考虑其可测试性的问题。具体做法是在已有的逻辑设计基础上添加一些专门用于测试的辅助电路。2.设计周期由于市场竞争的需要，IC产品要求几周甚至几天就要设计出来。在以往的芯片设计中，版图设计花费的时间最多。1978年出品的微处理器Z8000的设计就是一例，它含有17500个晶体管，版图设计花费了约6600个人时，占整个设计时间的50％以上。但今天，随着设计水平的提高，目前一个上百万门的常规

5、数字系统的芯片设计，一个设计团队半个月就可完成设计、验证工作。3.设计成本每个芯片的成本C可以由下式计算：TCCDPCTVyn式中，C为开发费用，C为每片硅片的工艺成本，y为平均成DP品率，V为生产数量，n为每片硅片上芯片的数目。C表明，对于小批量的产品，应着重减小开发费用C；对TD大批量的产品，应增加成品率y和增加每一硅片上的芯片数n。提高每一硅片上的芯片数主要靠提高工艺水平，减小芯片尺寸，增大硅晶片面积(目前主流为12英寸硅片)来实现。通常，小批量ASIC采用半定制电路或可编程器件技术，大批量ASIC则采用全定制电路技术。

6、另外，要增加实际成品率，又必须减小每个芯片的尺寸，这就要求在高层次设计中优化电路结构，在版图设计中减少布局和布线中的所谓“死区”，提高芯片利用率。4.产品性能IC的性能主要取决于所选择的电路系统的体系结构、器件工艺结构和版图设计的质量。为了提高IC的速度，需要采用流水线体系结构，这样自动化便成了设计的主流。　综上所述，一个复杂数字系统的设计就是在保证产品质量的前提下，正确地选择IC体系结构、器件形式和工艺方案，同时要尽可能地减小芯片尺寸，降低设计成本和缩短设计周期。1.1.2VLSI设计的描述域和层次电路的层次设计过程，可以用D.

7、D.Gajski于1983年提出的“Ｙ”图描述。层次化、结构化的“Ｙ”描述方法如图1-1所示。在图1-1中三个互不相同的设计域由三条射线轴表示。这三个设计域是：行为域、结构域和物理域。每个域中有多个抽象的级，而且离中心越远则抽象程度愈高。行为域从概念上描述一个特定的系统做些什么，要完成什么功能，通常它只表示系统的输入/输出间的函数关系；行为域的设计着眼于严密地规定逻辑部件。它根据逻辑部件的规格目标，以考虑给出什么样的输入信号序列、形成什么样的内部状态、发生什么样的输出信号序列等信息为中心进行设计。它对于用什么样的逻辑电路来实现其功

8、能并不特别在意，只是去正确地定义逻辑部件所应完成的功能。行为域是复杂数字系统设计的出发点。结构域从概念上描述实现某一功能的具体结构以及各组成部件是怎样连接在一起的，包括各个单元的详细的端口定义。结构域的设计常常以线路图(SchematicDiagr