《数字系统设计概述》PPT课件

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1、教材《现代数字系统设计》侯伯亨徐君国刘高平西安电子科技大学出版社2004参考书《数字系统设计自动化》边计年薛宏熙苏明清华大学出版社2005《数字系统自动设计实用教程》，刘明业，高等教育出版社，2004年7月《VHDL设计表示和综合》，JamesR.Armstrong著，李宗伯译，机械工业出版社，2002年5月教学目的了解用自动设计工具设计电子线路的基本方法和设计自动化工具的基本理论和技术。掌握硬件描述语言VHDL，能利用EDA工具设计数字系统。预备知识1.硬件设计的基础知识数字逻辑计算机组成原理2.算法的基础知识程序设计语言数据结构教学大纲数字系统设计概述

2、数字系统的建模和结构数字系统的算法描述可编程逻辑器件和EDA开发工具硬件描述语言VHDL数字系统设计的基本步骤和技巧仿真、逻辑综合测试和可测试性设计SOC和软硬件协同设计1.数字系统设计概述1.1数字系统发展概述1.2数字系统设计方法1.1数字系统发展概述第一代20世纪70年代，以加工制造为主导的IC产业发展的初级阶段。集成电路的主流产品是微处理器、存储器以及标准通用逻辑电路。第二代20世纪80年代，代加工(Foundry)公司与IC设计公司的崛起。集成电路的主流产品为微处理器(MPU)、微控制器(MCU)及专用IC(ASIC)。第三代20世纪90年代，I

3、C产业结构向高度专业化转化成为一种趋势，开始形成了设计业、制造业、封装业、测试业独立成行的局面。1.1.1数字系统和集成电路技术发展简史集成电路的分类1.按工艺分类，最主要的有：·金属氧化物半导体（MetalOxideSemiconductor,MOS）工艺；·晶体管-晶体管逻辑（Transistor-TransistorLogic,TTL）；·发射极耦合逻辑（EmitterCoupledLogic,ECL）。2.按生产目的分类：·通用集成电路；·专用集成电路（ApplicationSpecificIntegratedCircuit,ASIC）。3.按实现

4、方式（设计风格）分类：·全定制（Full-Custom）方式；·半定制（Semi-Custom）方式；二十世纪末期，集成电路工艺技术进入深亚微米阶段，单个芯片中已经可以容纳包括硬件和软件整个系统，即所谓系统级芯片（SystemOnaChip,SOC）。一个系统级芯片结构的示意图1.1.2SOC1.1.3EDA(ElectronicDesignAutomation）EDA工具是为VLSI的设计、生产服务的，因而它必须适应VLSI技术的要求。EDA的发展可分为三个阶段：CAD(计算机辅助设计)20世纪70年代CAE(计算机辅助工程)20世纪80年代ESDA(电

5、子系统设计自动化)20世纪90年代。1.2数字系统设计方法数字系统设计信息的描述可以根据抽象层次划分为行为域、结构域和物理域1.2.1数字系统设计描述行为域描述强调的是行为，它说明电路的功能，即电路的输入一输出的关系，但与该行为的实现无关。结构域描述说明组成电路的各部件及部件问的拓扑连接关系，即互连功能部件的层次关系。物理域描述说明生产和制造物理实体所需要的信息(如几何布局或拓扑约束等)晶体管级：晶体管级是最底层，主要构件是晶体管、电阻等。门级：门级的主要构件是门、触发器等。寄存器级：寄存器级的主要构件是算术／逻辑单元、寄存器等。硬件模块级：硬件模块级的主

6、要构件是由寄存器级单元构成的乘法器、加法器等硬件功能模块。处理机级：处理机级是最高抽象层，主要构件有CPU、存储器、I／O接口等。抽象层次一般由结构描述的粒度来区分，可以从低到高分为五级：晶体管级、门级、寄存器级、硬件模块级和处理机级。用Y图表示自上而下的综合和设计过程综合与分析：综合实际上是一个设计过程，是从行为域向结构域的转换或映射过程，分析则是与综合相反的过程。抽象与细化：抽象是从物理域向行为域的转换或映射过程，细化是均抽象相反的过程。生成与提取：生成是从结构域向物理域的转换或映射过程，提取是与生成相反的过程。设计的抽象层次与其复杂度的关系呈现金字塔

7、状，随着抽象层次(从晶体管级到系统级)的增向，构成的部件数日呈减少趋势。一个系统在行为域、结构域和物理域描述的简单例子1.2.2设计过程设计的过程实际上就是从概念到制造的过程，即把高层次的抽象描述逐级向下进行综合和实现，细化为接近物理实现的低层次描述。在设计中应包括一系列设计任务和相应的CAD和EDA工具。设计过程一般由三个阶段：设计输入要求、系统设计和设计输出要求组成。输入规格输出规格系统设计工具每个阶段又分为综合、分析和验证三个步骤。综合：为设计对象创建一个新的表示或提供现成表示的细化。（1）目标电路的预期功能一般是行为描述。因此，与综合器配合使用的H

8、DL应包含行为描述的能力。（2）综合的结果是一个设计方案。该设计方