第章EDA技术概述

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1、第1章EDA技术概述第1章EDA技术概述当今数字电子技术得到了飞速发展，有力地推动和促进了社会生产力和社会信息化的提高。数字电子技术逐步渗透到人类生活的各个领域。从消费电子产品、工业自动化设备到航天技术都能看到数字电子技术的身影。在技术发展的同时，电子产品的设计方式也发生了巨大的改变，采用EDA（电子设计自动化）技术成为数字电子设计的主要方式。1.1EDA技术及发展数字电子技术工程师现在正面临着前所未有的挑战。一方面，电子公司要求工程师在更短的时间里，使用更少的资源来设计新产品，而且性能要比竞争产品

2、好。另一方面，技术变化非常快，不同的客户有完全不同的需求，要求有更具个性化的产品。因此，EDA技术应运而生，成为解决以上“所有”问题的很好的技术选择。1.1.1何谓EDA技术EDA技术是一门迅速发展的新技术。它以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具。它能用软件的方式设计电子系统，自动完成硬件系统的逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真，最后在特定的目标芯片中完成适配编

3、译、逻辑映射、编程下载等工作，形成集成电子系统或专用集成芯片。利用EDA技术进行电子系统的设计具有以下几个特点。q用软件的方式设计硬件。q用软件的方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关的开发软件自动完成的。q设计过程中可用有关软件进行各种仿真。q系统可现场编程，在线升级。q整个系统可集成在一个芯片上，体积小、功耗低、可靠性高。因此，EDA技术是现代电子设计的发展趋势。EDA技术是数字系统设计的核心技术，是电子类专业技术人员必须掌握的基本技能之一。目前的大规模可编程逻辑器件是CPLD（复杂可编程逻辑器

4、件）和FPGA（可编程逻辑阵列）。1.1.2基于大规模可编程逻辑器件的数字系统设计现代数字系统设计相当大一·19·第1章EDA技术概述部分是基于大规模可编程逻辑器件的，这是因为基于大规模可编程逻辑器件的设计拥有面市时间快、灵活性大、可定制解决方案、开发成本低和具有现场更新能力等优点。工程师首先对系统或者设计进行构思，然后在计算机上采用高级语言（VerilogHDL语言或者VHDL语言）来描述这一构思，设计出软件代码。最重要的是，可以使用设计工具软件检查设计中有没有错误。确定设计适合目标的可编程逻辑器

5、件后，检查设计是否达到了性能要求，可以把设计下载到目标器件中，直接在硬件中调试功能。本书讨论的大规模可编程逻辑器件是FPGA。现在的FPGA设计与几年前的FPGA设计有很大不同，它具有全功能，可以实现电路板级的集成，同时降低了成本。例如，一个典型的系统设计如图1.1所示。这块电路板上有很多芯片，诸如CPU、I/O单元、小规模的FPGA、闪存和SDRAM存储器及一个DSP模块。该系统需要的电路板比较大，这样才能容纳这些芯片。这提高了设计成本和复杂度。但是，现在能够把CPU、I/O和DSP都放在一个可编

6、程逻辑芯片中，如图1.2所示。采用一片FPGA，可以从系统中去掉很多硬件，从而降低了成本和功耗。图1.1典型的系统设计框图图1.2集成后的系统现在可编程逻辑几乎无处不在。从家里的HDTV到附近的蜂窝电话发射塔，直至银行的ATM，这些都含有可编程逻辑器件形式的数字逻辑，它实现了从控制系统怎样工作的CPU到网络和通信应用中高速交换流量管理等方方面面的功能。1.2可编程逻辑器件的发展简介在早期的数字逻辑设计中，设计人员在电路板或者面包板上把多个芯片连在一起构成系统。每个芯片包括一个或者多个逻辑门（如NAN

7、D、AND、OR或者非门），或者简单逻辑结构（如触发器和复用器等）。20世纪60和70年代的很多设计都采用美国德州仪器公司的7400系列TTL，即晶体管-晶体管逻辑器件。设计TTL时，其目的一般是以尽量少的芯片来实现设计，以降低成本，减小电路板面积。而且，还需要尽量采用已有的器件来进行设计。1.2.1逻辑设计基本流程·19·第1章EDA技术概述在实现逻辑功能时，首先要建立真值表，如表1.1所示。真值表列出了逻辑所有可能的输入及输入组合可能产生的相关输出。对于n输入，有种可能的输入组合，这些都需要进行

8、考虑。根据真值表，我们可以建立卡诺图，如图1.3所示。用卡诺图很容易建立简单的逻辑表达式。表1.1真值表ABCDY00000000100010000111010000101101101011111000010011101011011111001110111110111111图1.3根据真值表建立的卡诺图根据卡诺图中含有1的每个框，结合每个框的公共输入，我们可以建立函数的一个“乘积和”式的逻辑表达式，如公式1所示。（公式1）表达式由6个乘积项组成，每个乘积项对应一个与门