[第1章]EDA技术与数字系统设计.ppt
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1、EDA技术与数字系统设计,延 边 大 学 工 学 院电 子 信 息 通 信 学 科,2,数 字 硬 件 设 计,MPW Chip(ASIC),FPGA&外部环境设计(Field Programmable Gate Array),仿 真(Quartus 2,Max+2,ModelSim,硬 件 编 程(Verilog HDL,VHDL),数字电路,数字信号处理,3,Moores Law,1965:Gordon Moore plotted transistor on each chipFit straight line on semilog scaleTransistor counts have
2、doubled every 26 months,Integration LevelsSSI:10 gatesMSI:1000 gatesLSI:10,000 gatesVLSI:10k gatesSOC:,4,E D A 技 术 及 其 发 展,EDA 技术的发展CAD 阶段:20世纪70年代80年代,PCB的设计CAE 阶段:20世纪80年代90年代,工具集成在一起使用EDA 阶段:21世纪,,5,E D A 技 术 的 功 能 范 畴,6,E D A 技 术 的 主 要 表 现,数字技术,可编程模拟器件的设计技术发展(如,软件与硬件,FPGA,ASIC。)基于IP核的SOC(System
3、on Chip,芯片系统)发展SOPC(System On Programmable Chip,可编程芯片系统 实用化FPGA(Field Programmable Gate Arry,现场可编辑门阵列)和DSP(Digital Signal Processing,数字信号处理)的实现行为验证描述语言的出现(System C),7,EDA技术和EDA工具的共同特点,采用硬件描述语言(Hardware Description Language,HDL)(如,Verilog HDL,VHDL)逻辑综合与优化开放性和标准化(IEEE)完备的库(Library),8,数字系统设计技术,EDA技术的基本
4、设计思路:-自顶向下(Top-Down)-自底向上(Bottom-Up),9,自顶向下(Top-Down)设计,设计层次:系统级,功能级,门级,开关级,行为级与RTL级的设计,功能仿真,综合,门级网表,时序仿真,EDA工具的支持,CPU,ROM,RAM,FSM,REG,系统规划,分模块,门级网表,Top-Down设计方式,Top-Down设计方式的示意图,10,自底向上(Bottom-Up)设计,system,block,Sub-block,block,block,Sub-block,Sub-block,11,IP复用技术与SoC,IP:Intellectual Property,原来的含义是
5、知识产权,著作权。在IC设计领域可将其理解为实现某种功能的设计IP核:完成某种功能的设计模块IP核分为:-硬核,(版图形式实现的设计模块,工业工艺)-固核,(完成综合的功能块)-软核,(Verilog HDL,VHDL),12,数字系统设计的流程,可编辑逻辑器件(PLD)-FPGA-CPLD专用集成电路(ASIC,Application Specific Integrated Circuit),13,基于FPGA的数字系统设计流程,设计输入原理图 HDL文本,综合(Synthesis),FPGA/CPLD适配(Fitter)(结合综合器),FPGA/CPLD编程下载,功能仿真(function
6、 simulation),时序仿真(time simulation),在线测试,14,在PLD器件的开发工具方面,Altera公司的产品以其优异的性能和易用性,在业内早已得到广泛的认可。Altera公司的软件开发平台主要包括MAX+PLUS和Quartus。MAX+PLUS是Altera公司上一代的PLD开发软件,使用者众多。目前Altera已经停止开发MAX+PLUS,而转向Quartus软件平台,其最新版本为Quartus6.0。MAX+PLUS Baseline和Quartus Web Edition均为是Altera公司的免费PLD开发软件,界面与标准版的MAX+PLUS和Quartu
7、s完全一样。,PLD厂商介绍,15,Xilinx(中文名:赛灵思)是FPGA的发明者,其产品种类可分为FPGA和CPLD两大类。Xilinx的主流FPGA包括两大系列,一种侧重低成本应用,容量中等,性能可以满足一般的逻辑设计要求,如Spartan系列;还有一种侧重于高性能应用,容量大,性能能满足各类高端应用,如Virtex系列,用户可以根据自己实际应用要求进行选择。在性能可以满足的情况下,优先选择低成本器件。,16,Virtex-于2002年推出,采用0.15?m工艺,1.5 V内核,属于大容量的高端FPGA产品,也是Xilinx比较成功的产品,目前在高端产品中使用广泛。Virtex-系列是面
8、向建立在IP核心和用户化模块的从低密度到高密度的高性能设计,这个系列为电信、无线、网络、视频和DSP应用(包括PCI、LVDS和DDR接口)传递完全解决方案。前沿的0.15 m/0.12 m CMOS 8层金属加工和Virtex-架构是为达到低功耗高速度而优化。综合广大的灵活特性和大范围的密度直至10百万系统门,Virtex-系列增强了逻辑编程能力并且它是一个功能强大的可选择的掩膜编程门阵列。,17,Virtex-pro是基于Virtex的结构,内部集成了CPU和高速接口的FPGA产品,是Xilinx第一款集成Power-PC和高速收发模块的FPGA。Virtex-4是Xilinx最新一代高端
9、FPGA产品,包含三个子系列:LX、SX和FX。其各项指标比上一代Virtex-均有很大提高,将逐步取代Virtex-和Virtex-Pro,是未来几年Xilinx在高端FPGA市场中的最重要的产品。,18,Spartan-E 1.8 V FPGA系列为使用者提供了高性价比和丰富的逻辑资源。该系列里七种型号提供从50000到600000密度的系统门电路。系统性能超过200MHz。通过将先进的处理器技术与基于Virtex-E平台的流线式体系结构相结合,Spartan-E比其它的FPGA拥有更多的门电路、I/Os和更低廉的价格。特点包括区块RAM(达到288K比特),分布RAM(达到221184比
10、特),支持19个不同的I/O接口标准和4个DLL(延迟锁定回路)。Spartan-3/3L是新一代FPGA产品,结构与Virtex类似,是全球第一款90 nm工艺的FPGA,1.2 V内核。Spartan-3E是xilinx最新推出的低成本FPGA,基于Spartan-3/3L,对性能和成本进一步优化。,19,Xilinx的主流CPLD包括XC9500系列和CoolRunner-系列器件。XC9500系列器件提供了当今前沿系统设计所需要的高性能、丰富的性能组合以及灵活性。另外,其出色的引脚锁定功能使设计者能够修改其CPLD设计,而不会影响电路板布局。XC9500器件是实现高速率、低成本设计的理
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