電子系統(tǒng)的設計方法

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1、第1章概述1.1電子系統(tǒng)的設計方法1.2EDA技術1.3PLD概況1.4可編程邏輯器件的設計1.1電子系統(tǒng)的設計方法1.1.1數(shù)字系統(tǒng)從概念上講，凡是利用數(shù)字技術處理和傳輸信息的電子系統(tǒng)都可以稱為數(shù)字系統(tǒng)。1.1.2傳統(tǒng)的設計方法與基于芯片的設計方法1.2EDA技術1.2.1EDA技術發(fā)展概況電子設計自動化(EDA，ElectronicDesignAutomation)是指利用計算機完成電子系統(tǒng)的設計。EDA技術是以計算機和微電子技術為先導，匯集了計算機圖形學、拓撲、邏輯學、微電子工藝與結(jié)構學和計算數(shù)學等多種計算機應用學科最新成果的先進技術。1

2、．CAD階段(20世紀60年代中期～20世紀80年代初期)第一階段的特點是一些單獨的工具軟件，主要有PCB(PrintedCircuitBoard)布線設計、電路模擬、邏輯模擬及版圖的繪制等，通過計算機的使用，從而將設計人員從大量繁瑣重復的計算和繪圖工作中解脫出來。2．CAE階段(20世紀80年代初期～20世紀90年代初期)這個階段在集成電路與電子設計方法學以及設計工具集成化方面取得了許多成果。各種設計工具，如原理圖輸入、編譯與連接、邏輯模擬、測試碼生成、版圖自動布局以及各種單元庫已齊全。由于采用了統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理技術，因而能夠?qū)⒏鱾€工具集成為一個

3、CAE(ComputerAidedEngineering)系統(tǒng)。按照設計方法學制定的設計流程，可以實現(xiàn)從設計輸入到版圖輸出的全程設計自動化。3．EDA階段(20世紀90年代以來)20世紀90年代以來，微電子技術以驚人的速度發(fā)展，其工藝水平達到深亞微米級，在一個芯片上可集成數(shù)百萬乃至上千萬只晶體管，工作速度可達到GHz此階段主要出現(xiàn)了以高級語言描述、系統(tǒng)仿真和綜合技術為特征的第三代EDA技術，不僅極大地提高了系統(tǒng)的設計效率，而且使設計人員擺脫了大量的輔助性及基礎性工作，將精力集中于創(chuàng)造性的方案與概念的構思上。1.2.2EDA技術的主要特征(1)高

4、層綜合(HLS，HighLevelSynthesis)的理論與方法取得較大進展，將EDA設計層次由RT級提高到了系統(tǒng)級(又稱行為級)，并劃分為邏輯綜合和測試綜合。(2)采用硬件描述語言HDL(HardwareDescriptionLanguage)來描述10萬門以上的設計，并形成了VHDL(VeryHighSpeedIntegratedCircuitHDL)和VerilogHDL兩種標準硬件描述語言。(3)采用平面規(guī)劃(Floorplaning)技術對邏輯綜合和物理版圖設計進行聯(lián)合管理，做到在邏輯綜合早期設計階段就考慮到物理設計信息的影響。(4

5、)可測性綜合設計。(5)為帶有嵌入IP模塊的ASIC設計提供軟硬件協(xié)同系統(tǒng)設計工具。(6)建立并行設計工程CE(ConcurrentEngineering)框架結(jié)構的集成化設計環(huán)境，以適應當今ASIC的一些特點1.3PLD發(fā)展概況1.3.1ASIC及其分類ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuits)直譯為“專用集成電路”，它是面向?qū)ｉT用途的電路,以此區(qū)別于標準邏輯(StandardLogic)、通用存儲器、通用微處理器等電路。目前在集成電路界,ASIC被認為是用戶專用集成電路(CustomerSpeci

6、ficIC),即它是專門為一個用戶設計和制造的。換言之,它是根據(jù)某一用戶的特定要求，能以低研制成本、短交貨周期供貨的全定制、半定制集成電路。ASIC的分類可編程邏輯器件(ProgrammableLogicDevice)是ASIC的一個重要分支，是廠家作為一種通用性器件生產(chǎn)的半定制電路，用戶可通過對器件編程實現(xiàn)所需要的邏輯功能。PLD是用戶可配置的邏輯器件，它的成本比較低，使用靈活，設計周期短，而且可靠性高，風險小，因而很快得到普遍應用，發(fā)展非常迅速。1.3.2發(fā)展趨勢(1)向高密度、大規(guī)模的方向發(fā)展(2)向系統(tǒng)內(nèi)可重構的方向發(fā)展(3)向低電壓、

7、低功耗的方向發(fā)展(4)向高速可預測延時器件的方向發(fā)展(5)向混合可編程技術方向發(fā)展1.4可編程邏輯器件的設計1.4.1基本設計方法1．傳統(tǒng)的系統(tǒng)硬件電路設計方法在EDA出現(xiàn)以前，人們采用傳統(tǒng)的硬件電路設計方法來設計系統(tǒng)。傳統(tǒng)的硬件電路采用自下而上(Bon。mUp)的設計方法。其主要步驟是：根據(jù)系統(tǒng)對硬件的要求，詳細編制技術規(guī)格書，并畫出系統(tǒng)控制流圖；然后根據(jù)技術規(guī)格書和系統(tǒng)控制流圖，對系統(tǒng)的功能進行分化，合理地劃分功能模塊，并畫出系統(tǒng)功能框圖；接著就是進行各功能模塊的細化和電路設計；各功能模塊電路設計調(diào)試完畢以后，將各功能模塊的硬件電路連接起來

8、，再進行系統(tǒng)的調(diào)試；最后完成整個系統(tǒng)的硬件電路設計。傳統(tǒng)自下而上的硬件電路設計方法主要特征如下：（1）采用通用的邏輯元器件。（2)在系統(tǒng)硬件設計的后期