硬件描述语言与数字系统开发(第1章)-10

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1、硬件描述语言与数字系统开发第1章EDA技术概述现代数字系统设计方法---EDA技术现代数字系统实现手段---大规模PLD现代数字系统设计描述---HDL语言现代数字系统设计流程---自顶向下现代数字系统开发平台---EDA工具第1章EDA技术概述伴随着2l世纪信息化时代的到来，对电子产品在性能、规模、复杂度和集成度等方面的要求越来越高。与模拟系统相比数字系统具有抗干扰能力强，工作稳定可靠，便于大规模集成，易于实现小型化、模块化、低功耗等优点，因此数字化技术己渗透到科研、生产和人们日常生活的各个方面，数字化、智能化、高度集成化成为现代电子产品的重要标志，也引

2、发了电子系统构建方式的改变。电子系统构建方式的改变带来电子产品设计方法的变革，目前，现代电子设计技术的核心已转向基于计算机的电子设计自动化技术，即EDA(ElectronicDesignAutomation)技术。1.1电子设计自动化EDA技术设计方法硬件电路的软件设计方式,硬件设计如同修改软件程序一样快捷方便。自动化程度更高,且直面产品设计。集成化程度更高，可构建片上系统。目标系统可现场编程，在线修改升级。开发周期短设计成本低，设计灵活性高。EDA技术基本特征EDA是在CAD基础上发展起来的计算机辅助设计系统，是以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件语

3、言为主要设计描述，以计算机软、硬件开发系统为设计工具，自动完成集成电子系统设计的一门新技术。EDA技术的发展分为三个阶段20世纪70年代CAD20世纪80年代CAE20世纪90年代EDAEDA技术发展概况EDA技术是一门综合性技术，它融合多学科于一体，又渗透应用于多学科之中，其发展历程与集成电路制造技术、在系统可编程技术、计算机辅助设计及应用技术的发展同步。进入21世纪后，随着基于EDA的SOC(片上系统)设计技术的发展，软硬核功能库的建立，EDA技术开始步入崭新阶段：1）在FPGA上实现DSP（数字信号处理）应用成为可能2）在一片FPGA中实现一个完备的

4、数字处理系统SOC成为可能3）功能强大的EDA软件不断推出4）电子技术领域全方位融入EDA技术5）软硬IP(IntellectualProperty)核在电子领域广泛应用6）基于EDA的用于ASIC设计的标准单元已涵盖大规模电子系统7）复杂电子系统的设计和验证趋于简单8）SoPC高效低成本设计技术趋于成熟专家认为，21世纪将是EDA技术快速发展时期，将使得电子技术领域各学科的界线更加模糊(软/硬件,模块/系统,方案/实现等)，更加互为包容其应用更为广泛，EDA技术将成为对21世纪产生重大影响的十大技术之一。数字系统的实现手段与数字器件的发展过程密切相关。数

5、字器件从功能/规模上可分为：实现手段1.2数字系统实现手段标准逻辑器件：SSIC(如逻辑门、触发器等)，MSIC(如全加器、计数器等)专用集成芯片：ASIC（ApplicationSpecificIntegratedCircuit）可编程逻辑器件：半定制的PLD,可编程/结构化ASIC等。微处理器芯片：CPU，DSP，ARM等。因此，数字系统可以在以下几个层次上进行构建：1)选用通用集成电路芯片设计构建数字系统。2)采用专用集成电路全工艺定制设计(ASIC)。应用可编程逻辑器件实现单片数字系统(SOC)。选用微处理器芯片构建数字系统。采用大规模CPLD/F

6、PGA器件实现可编程片上系统SOPC。通用集成电路构成数字系统即采用SSIC、MSIC等标准逻辑器件，根据系统的设计要求，构成所需数字系统。早期的数字系统的设计，都是在这个层次上进行的。这样完成的系统设计，由于芯片之间的众多连接，造成系统可靠性不高，体积较大，集成度低。当数字系统大到一定规模或系统复杂度进一步提高时，这种方式常常力不从心，搭建调试会变得非常困难甚至不可行。专用集成电路ASIC可以弥补一些不足。ASIC是专为某一数字系统设计制作的集成电路，是面向专门用途的芯片，一个复杂的数字系统可以用一个ASIC来实现，因而体小量轻，功耗小，集成度高，系统工

7、作可靠，是数字系统设计的一个重要手段。但有两点局限了ASIC的进一步发展空间：一是ASIC的掩膜制作工艺和全定制制作方式使得产品的设计、面市周期拉长，开发成本增加，价格昂贵。二是ASIC功能单一，灵活性差。科学技术发展日新月异，电子系统功能千差万别，ASIC难以满足不断更新的设计需求。众所周知，数字器件的发展标志着数字系统实现手段的变革，随着集成电路制造工艺的进步，数字系统的实现手段经历了由分立元件——小规模集成芯片SSIC——中规模集成芯片MSIC——大规模集成芯片LSIC乃至超大规模集成芯片VLSIC的过程。基于CPLD/FPGA的数字系统SOPC实现

8、高速发展的可编程逻辑器件为现代数字系统设计提供了一种新的实现手段，