文档介绍：1集成电路设计硬件描述语言 2第一章 EDA 技术与硬件描述语言?一数字系统设计数字技术的发展和集成电路技术密不可分,数字系统设计随着集成电路技术的发展产生了巨大变化 3 1 传统硬件设计方法步骤(1)根据系统对硬件要求,合理划分功能模块(2)对各个功能模块进行详细设计,画出电路原理图(选择合适器件再进行设计) (3)各模块调试(4)各模块硬件电路连接起来整体调试 4 2 传统硬件设计方法缺点设计中采用布尔方程或门级描述方式,难以有效完成设计,特别对于大规模集成电路来说,采用布尔方程或门级描述,需要花费大量人力。模拟调试通常在硬件电路设计后期进行,一旦发现不符合要求,必须重新设计(可能是全部否定),设计周期增加。设计完成后主要文件是电路原理图,如规模较大, 阅读修改不便。 5 ?二 EDA 技术及其发展?第一代 20 世纪 70 年代中小规模二维平面图形计算机辅助设计,解脱复杂机械的版图设计?第二代 80 年代核心是计算机仿真和自动布局布线,主要应用软件有数字、模拟电路分析、印刷电路板、现场可编程门阵列布局布线,分为设计分析生产测试多个软件包。不能进行系统级仿真与综合。如在产品开发后期发现错误,浪费大?第三代 90 年代以高级语言描述、系统级仿真和综合为特点。设计者摆脱了大量辅助性工作,精力集中于“要设计什么”而不是“如何设计”,产品研制周期缩短,也促进了集成电路设计发展 6 ?三硬件描述语言 VHDL 1历史所谓硬件描述语言( HDL )就是该语言可以描述硬件电路的功能,信号连接关系及定时关系。 VHDL 的英文全名是 Very-High-Speed Integrated Circuit HardwareDescription Language, 诞生于 1982 年。 1987 年底, VHDL 被 IEEE 确认为标准硬件描述语言。 IEEE 公布了 VHDL 的标准版本, IEEE-1076 (简称 87 版) 1993 年, IEEE 对 VHDL 进行了修订,公布了新版本的 VHDL ,即 IEEE 标准的 1076-1993 版本,(简称 93 版)。最新版本 IEEE1076-2002 。 7 2特点(1) VHDL 具有很强的行为描述能力,可以从逻辑行为上描述和设计大规模电子系统(2)具有丰富的仿真语句和库函数,可以在大型系统设计的早期,就进行仿真(3)支持大规模设计的分解和已有设计的再利用(4)对于 VHDL 完成的一个确定的设计,可以利用 EDA 工具进行逻辑综合和优化, 并自动地把 VHDL 描述的设计转变成门级网表(根据不同的实现芯片)(5) VHDL 对设计的描述具有相对独立性,设计者可以不懂硬件的结构,也不必关心最终设计实现的目标器件是什么,而进行独立的设计。(6)由于 VHDL 具有类属描述语句和子程序调用等功能,对于已完成的设计, 在不改变源程序的条件下,只需改变类属参量或函数,就能轻易地改变设计的规模和结构。 8 3 VHDL 进行设计的过程(1)集成电路设计的层次行为级描述输入输出响应、芯片实现算法寄存器级( RTL )基本单元为寄存器、计数器、多路选择器、算术逻辑单元等。描述基本单元的互连逻辑门级基本单元为逻辑门、触发器,常用布尔方程、卡诺图表示电路级基本单元为晶体管、电阻、电容等,常用电压电流的微分方程描述版图级几何图形及工艺规则 9 (2) VHDL 设计过程门级网表生成后,在完成最终器件硬件设计时,可以有两种选择。第一种转成 ASIC 芯片工艺,第二种是用 CPLD/FPGA 实现 10 4 PLD 器件(可编程逻辑器件) PLA → GAL EPLD → CPLD (复杂可编程门阵列) FPGA (现场可编程门阵列) 主要厂商 Altera Xilinx Lattice ASIC 和 PLD 器件比较 FPGA 器件中的新技术(硬拷贝、软核 cpu )