EDA技術(shù)實(shí)用教程.doc

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1、第1章概述本章首先介紹EDA技術(shù)和硬件描述語(yǔ)言及其發(fā)展過(guò)程，然后介紹基于EDA技術(shù)和VHDL的設(shè)計(jì)流程，以及本書(shū)示例和實(shí)驗(yàn)推薦的主要EDA設(shè)計(jì)工具——QuartusII。1.1電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)及其發(fā)展微電子技術(shù)的進(jìn)步主要表現(xiàn)在大規(guī)模集成電路加工技術(shù)即半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展上，使得表征半導(dǎo)體工藝水平的線寬已經(jīng)達(dá)到了60nm，并還在不斷地縮小，而在硅片單位面積上，集成了更多的晶體管。集成電路設(shè)計(jì)正在不斷地向超大規(guī)模、極低功耗和超高速的方向發(fā)展，專用集成電路ASIC（ApplicationSpecificIntegratedCircuit

2、）的設(shè)計(jì)成本不斷降低，在功能上，現(xiàn)代的集成電路已能夠?qū)崿F(xiàn)單片電子系統(tǒng)SOC（SystemOnaChip）?，F(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)的核心已日趨轉(zhuǎn)向基于計(jì)算機(jī)的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)，即EDA（ElectronicDesignAutomation）技術(shù)。EDA技術(shù)就是依賴功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，在EDA工具軟件平臺(tái)上，對(duì)以硬件描述語(yǔ)言HDL（HardwareDescriptionLanguage）為系統(tǒng)邏輯描述手段完成的設(shè)計(jì)文件，自動(dòng)地完成邏輯編譯、化簡(jiǎn)、分割、綜合、布局布線以及邏輯優(yōu)化和仿真測(cè)試，直至實(shí)現(xiàn)既定的電子線路系統(tǒng)功能。EDA技術(shù)使得設(shè)計(jì)者的

3、工作僅限于利用軟件的方式，即利用硬件描述語(yǔ)言和EDA軟件來(lái)完成對(duì)系統(tǒng)硬件功能的實(shí)現(xiàn)，這是電子設(shè)計(jì)技術(shù)的一個(gè)巨大進(jìn)步。EDA技術(shù)在硬件實(shí)現(xiàn)方面融合了大規(guī)模集成電路制造技術(shù)、IC版圖設(shè)計(jì)、ASIC測(cè)試和封裝、FPGA（Field?Programmable?Gate?Array）/CPLD（Complex?Programmable?LogicDevice）編程下載和自動(dòng)測(cè)試等技術(shù)；在計(jì)算機(jī)輔助工程方面融合了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（CAT）、計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）技術(shù)以及多種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的設(shè)計(jì)概念

4、；而在現(xiàn)代電子學(xué)方面則容納了更多的內(nèi)容，如電子線路設(shè)計(jì)理論、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、數(shù)字系統(tǒng)建模和優(yōu)化技術(shù)及其高頻的長(zhǎng)線技術(shù)理論等。因此，EDA技術(shù)為現(xiàn)代電子理論和設(shè)計(jì)的表達(dá)與實(shí)現(xiàn)提供了可能性。正因?yàn)镋DA技術(shù)豐富的內(nèi)容以及與電子技術(shù)各學(xué)科領(lǐng)域的相關(guān)性，其發(fā)展的歷程同大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助工程、可編程邏輯器件，以及電子設(shè)計(jì)技術(shù)和工藝的發(fā)展是同步的。就過(guò)去近30年的電子技術(shù)的發(fā)展歷程，可大致將EDA技術(shù)的發(fā)展分為以下3個(gè)階段。20世紀(jì)70年代，在集成電路制作方面，MOS工藝得到廣泛的應(yīng)用；可編程邏輯技術(shù)及其器件問(wèn)世，計(jì)算機(jī)作為一

5、種運(yùn)算工具在科研領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。而在后期，CAD的概念已見(jiàn)雛形，這一階段人們開(kāi)始利用計(jì)算機(jī)取代手工勞動(dòng)，輔助進(jìn)行集成電路版圖編輯、PCB布局布線等工作。20世紀(jì)80年代，集成電路設(shè)計(jì)進(jìn)入了CMOS（互補(bǔ)場(chǎng)效應(yīng)管）時(shí)代，復(fù)雜可編程邏輯器件進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用，相應(yīng)的輔助設(shè)計(jì)軟件投入使用；在80年代末，出現(xiàn)了FPGA；CAE和CAD技術(shù)的應(yīng)用更為廣泛，它們?cè)赑CB設(shè)計(jì)方面的原理圖輸入、自動(dòng)布局布線及PCB分析，以及邏輯設(shè)計(jì)、邏輯仿真、布爾函數(shù)綜合和化簡(jiǎn)等方面擔(dān)任了重要的角色。特別是各種硬件描述語(yǔ)言的出現(xiàn)、應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)化方面的重大進(jìn)步，為電子設(shè)計(jì)

6、自動(dòng)化必須解決的電路建模、標(biāo)準(zhǔn)文檔及仿真測(cè)試奠定了基礎(chǔ)。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，隨著硬件描述語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)一步確立，計(jì)算機(jī)輔助工程、輔助分析和輔助設(shè)計(jì)在電子技術(shù)領(lǐng)域獲得更加廣泛的應(yīng)用。與此同時(shí)，電子技術(shù)在通信、計(jì)算機(jī)及家電產(chǎn)品生產(chǎn)中的市場(chǎng)需求和技術(shù)需求，極大地推動(dòng)了全新的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，特別是集成電路設(shè)計(jì)工藝步入了超深亞微米階段，百萬(wàn)門(mén)以上的大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷年懤m(xù)面世，以及基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的面向用戶的低成本大規(guī)模ASIC設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用，促進(jìn)了EDA技術(shù)的形成。更為重要的是各EDA公司致力于推出兼容各種硬件實(shí)現(xiàn)方案和支

7、持標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語(yǔ)言的EDA工具軟件的研究和應(yīng)用推廣，更有效地將EDA技術(shù)推向成熟和實(shí)用。EDA技術(shù)在進(jìn)入21世紀(jì)后，得到了更大的發(fā)展，突出表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：l在FPGA上實(shí)現(xiàn)DSP（數(shù)字信號(hào)處理）應(yīng)用成為可能，用純數(shù)字邏輯進(jìn)行DSP模塊的設(shè)計(jì)，使得高速DSP實(shí)現(xiàn)成為現(xiàn)實(shí)，并有力地推動(dòng)了軟件無(wú)線電技術(shù)的實(shí)用化和發(fā)展。基于FPGA的DSP技術(shù)，為高速數(shù)字信號(hào)處理算法提供了實(shí)現(xiàn)途徑。l嵌入式處理器軟核的成熟，使得SOPC（SystemOnaProgrammableChip）步入大規(guī)模應(yīng)用階段，在一片F(xiàn)PGA上實(shí)現(xiàn)一個(gè)完備的數(shù)字處理系統(tǒng)成

8、為可能。l在仿真和設(shè)計(jì)兩方面支持標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語(yǔ)言的功能強(qiáng)大的EDA軟件不斷推出。l電子技術(shù)領(lǐng)域全方位融入EDA技術(shù)，除了日益成熟的數(shù)字技術(shù)外，傳統(tǒng)的電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)建模理念發(fā)生了重大的變化，如軟件無(wú)線電技術(shù)的崛起、模擬電路系統(tǒng)硬件描述語(yǔ)言