可编程逻辑器件的设计与开发ppt课件.ppt

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1、单元二可编程逻辑器件的设计与开发可编程逻辑器件的设计流程可编程逻辑器件的开发环境设计实例一、可编程逻辑器件的设计流程（一）设计的输入设计输入就是将设计者所设计的电路以开发软件所要求的某种形式表示出来，并输入到相应的软件中。设计输入有多种表达方式，主要包括原理图输入、硬件描述语言输入、网表输入和波形输入四种。其中最常用的是原理图输入和硬件描述语言输入。1．原理图输入原理图是图形化的表达方式，它是利用软件中所提供的元件符号和连线来描述设计。其特点是比较直观，便于进行接口设计和管脚锁定，容易实现仿真，便于信号的观察和电路的调整，系统运行速率较高，但当描述复杂电路时则比较繁琐。为提高这种输入方式

2、的效率，应采用自顶向下的逻辑分块设计方法。一般而言，若对系统很了解，并且要求系统的工作速率较高，或在大系统中对时间特性要求较高的部分可采用这种输入方法。2．硬件描述语言输入硬件描述语言输入是采用文本方式描述设计，这种方式的描述范围较宽，从简单的门电路到复杂的数字系统均可描述。特别是在描述复杂设计时，非常简洁。但这种描述方式不适合描述接口和连接关系，并且该输入方式必须依赖综合器，只有好的综合器才能把语言综合成优化的电路。对于大量规范的、易于语言描述、易于综合、速率较低的电路，可采用这种输入方式。常用的硬件描述语言有Verilog-HDL、VHDL。（二）设计的实现设计实现主要是由EDA开发

3、工具依据设计输入文件自动生成用于器件编程、波形仿真及延时分析等所需的数据文件。此部分对开发系统来讲是核心部分，但对于用户来说并不用关心它的实现过程，当然设计者也可通过设置“设计实现策略”等参数来控制设计实现过程。1．优化和合并。优化是指进行逻辑化简，把逻辑描述转变为最适合在器件中实现的形式；合并是将模块化设计产生的多个文件合并成一个网表文件，并使层次设计平面化。2．映射。映射是根据所选择的PLD器件型号，把设计分割为多个适合器件内部逻辑资源实现的逻辑小块形式。3．布局和布线。布局是将已分割的逻辑小块放到器件内部逻辑资源的具体位置，并使它们易于连线，且连线最少；布线是利用器件内的布线资源完

4、成各功能块之间和反馈信号的连接。4．产生编程文件。设计实现的最后一步是产生可供器件编程使用的数据文件。对CPLD器件而言，产生的是熔丝图文件(*.JEDEC)；对FPGA器件，则产生的是位数据流文件Bitstream。（三）设计的校验设计的校验就是让计算机根据编译器所产生的数据文件对设计进行模拟，以验证用户的设计是否正确。设计的校验包括仿真和定时分析两部分，这两部分可分别通过仿真器和延时分析器来完成。在仿真文件中加载不同的激励，可以观察中间结果以及输出波形。必要时，可以返回设计输入阶段，修改设计输入，最终达到设计要求。设计的校验可对设计中的各个模块乃至整个系统来进行，若有错误，可以很方便

5、地修改，而不必对硬件进行改动，极大地节约了成本。规模越大的设计，越发需要设计仿真。仿真不消耗器件内的资源，仅消耗少许时间，但从节约成本的角度考虑，这种时间的消耗是完全值得的。可以认为仿真是EDA的精髓。（四）编程下载编程下载是将设计实现阶段所产生的熔丝图文件或位数据流文件装入到可编程逻辑器件中，以便硬件调试和验证。编程下载需要满足一定的条件，如编程电压、编程时序和编程算法等。在编程下载时需注意以下几方面问题1．对于不能进行在系统编程的CPLD器件和不能再重配置的FPGA器件，需要编程专用设备(编程器)完成器件编程。2．对于使用LUT技术和基于SRAM的FPGA器件，下载的编程数据将存入S

6、RAM中，而SRAM掉电后所存的数据将丢失，为此需将编程数据固化到E2PROM中，器件上电时，由器件本身或微处理器控制E2PROM将数据“配置”到FPGA中。3．对于使用乘积项逻辑、基于E2PROM或Flash工艺的CPLD器件进行编程下载时，使用器件厂商提供的专用下载电缆，一端与计算机的并行口相接，另一端接到CPLD器件所在PCB板上的10芯插头上(PLD只有4个引脚与该插头相连)。编程数据通过该电缆下载到CPLD器件中，这个过程称为ISP(在系统编程)。二、可编程逻辑器件的开发环境如前所述，EDA技术在当代迅猛发展，同时各种EDA软件也如雨后春笋般呈现在用户面前。它们一般分为两种，一

7、种是PLD芯片制造商为推广自己的芯片而开发的专业EDA软件，本书所使用的Altera公司推出的MAX+plusⅡ就属于此类。另一种是EDA软件商提供的第三方软件，如知名的Synplify、Synopsys、Viewlogic、Cadence等，这种软件可以支持大部分芯片公司的PLD器件。（一）常用的EDA工具软件1．Synplify。该软件是由Synplicity公司专为FPGA和CPLD开发设计的逻辑综合工具。它在综合优化方面的优