基于fpga的数字系统的设计

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1、基于FPGAFPGA的数字系统FPGA的数字系统设计电子工程学院窦衡联系地点：科1B425室电话：83207082E-mail:douheng@uestc.edu.cn1教材：[美]MichaelD.Ciletti著张雅绮、李锵等译2读者对象：适用于学习高级数字设计课程的学生教材的特点：（1）本书的着眼点是Verilog的核心设计方法及其应用特点，而不是Verilog语言的语法解释。（2）本书的焦点是数字电路的设计、验证和综合。（3）着重讨论能使读者快速设计适于ASIC和/或FPGA实现的电路描述方法。（4）深入讨论了基于单元的ASIC和FPGA的

2、综合过程。（5）深入论述了数字机的算法和结构。（6）提供大量使用现代设计工具进行高层次设计的实例（250多个）。（7）采用算法状态机（ASM）图描述时序状态机行为。3第1章数字设计方法概论基于FPGA的的数字系统设计的数字系统设计（EDA）:工作平台:计算机开发平台:FPGA开发设计软件（仿真、综合、布局布线等）设计语言:硬件描述语言、系统描述语言验证、实现载体:FPGA可编程逻辑器件实现目标：SOPC、SOC(ASIC)芯片构成的复杂电子系统4EDA的广义定义范围包括：半导体工艺设计自动化、可编程器件设计自动化、电子系统设计自动化、印刷电路板设计

3、自动化、仿真与测试，故障诊断自动化、形式验证自动化……统称为EDA工程5数字设计方法经典设计方法：基于电路原理图的人工设计法现代设计方法：基于计算机语言的EDA（ElectronicDesignAutomation）设计法6一、数字设计方法发展历程第一代：70年代手工绘制PCB和IC版图(计算机辅助设计)第二代：80年代仿真和自动布局布线(计算机辅助工程)第三代：90年代高级硬件描述语言、系统级仿真和综合。实现“概念驱动工程”（ConceptDriverEngineering,CDE）的梦想。7集成电路设计方法的发展过程8二、数字系统设计的基本特征

4、1.高级硬件描述语言(HDL)描述2.Top-Down自上而下分层设计思想3.并行设计环境、并行工程91.高级硬件描述语言高级硬件描述语言(HDL__HardDescriptionLanguage)具有抽象的系统描述能力，是现代EDA技术的切入点，是设计者与设计自动化工具之间的桥梁。可实现系统级的仿真和逻辑综合。据此实现大规模集成电路的设计，可极大缩短Time-to-Market时间。10HDL特点：（1）可实现系统级直至底层电路级的描述。（2）可实现自顶向下的层次化设计。（3）支持各种层次的仿真。（4）可完成逻辑综合。（5）设计与工艺无关。（6）

5、技术齐全，设计方法灵活。（7）语言标准、规范，易于共享和复用。112.Top-Down自上而下分层设计思想传统设计方法是自下而上(Buttom-Up)上上设计分解构造系统下下12设计分解：1.确定设计目标2.功能模块分解3.进一步细分，直至可用市面上买到的元器件构建此模块为止构造系统：1.用市面上可买到的元器件构建最底层模块2.用较低一层模块构造较高一层模块3.构造顶层模块4.测试验证与分析13传统设计方法流程：系统测试与性能分析完整系统构成电路板设计固定功能元件14传统设计方法的缺点：1.设计依赖于手工和经验。2.设计依赖于现有的通用元器件。3.

6、设计后期的仿真和调试。4.自下而上设计思想的局限。5.设计实现周期长，耗时耗力，效率低下。15现代设计方法是：自上而下设计(Top-Down)逐层描述、逐层仿真，保证满足系统指标系统指标规范设行为级描述计流RTL级描述程逻辑综合物理实现16系统指标规范行为级描述第一层次行为级仿真Top-Down寄存器传输（（（RTL）））级描述）级描述第二层次RTL级仿真逻辑综合设计门级仿真第三层次步骤门级网表输出自动布局布线（（（物理实现（物理实现）））后仿真第四层次CPLD/FPGAASIC173.并行设计环境、并行工程并行设计环境:功能单一的设计软件发展成为

7、功能完善的集成化EDA设计系统。新趋势：抛弃各公司专有设计环境，开发符合工业标准的公共设计平台和接口标准。软件、硬件协同设计。18并行工程（CE_ConcurrentEngineering）CE是将电子产品及相关制造直至销售、维护全过程统一进行设计的一种方法，其核心是产品设计对象的全面可预见性。CE要求从管理层次上把工艺、工具、任务、智力和时间的安排协调一致，使用统一的集成化设计环境，由若干个相关的设计小组共享数据库，同步地进行设计。19三、EDA工程的设计方法1、行为描述法行为描述：只描述系统模型的行为、功能，而不管其实现的硬件结构。描述特点是设

8、计文件简洁、抽象。又称高层描述。行为描述的语言：高层次硬件描述语言行为描述的基本特征：将系统的外部行为和内部的具体硬件实现