电路系统EDA讲稿

1、电子系统电子系统EDA实验实验 教学目的;（专业知识，就业方向） 教学要求;了解EDA发展动态， 熟悉EDA的常规设计方法， 掌握EDA的基本实验技术。 教学安排.第一章 概论 第一节 引 言 所占的产业值占国民经济总值的40%以上微电子工业是国民经济信息化的基石集成电路是核心 信息系统的集成可分为三个层次：工程层次、电子系统层次和电路层次。工程层次：如国家信息高速公路等牵动着各种电子系统的开发。电子系统层次：即为大型信息工程提供设备，又是电路制造商瞄准的主要市场。电路层次：主要是微电子产品的开发。1.产品的复杂性加深.跟据Moore定律IC的复杂性大约每6年 增加10倍；2.产品的上市时间与

2、市场寿命减小,竞争加剧.（例（例 CPU）延误市场周期产品寿命上市下市赢利适时上市的赢利三角形延误上市的赢利三角形时间市市 场场 窗窗 口口 图图 表 产品市场寿命 存储器 CPU 年 份集成度/B 年 份 产 品 字长/b集成度/只晶体管 1970 1K 1970 4044 4n103 1982 256K 1982 68000 166.8104 1994 16M 1994 pentium 323.1106 2000 256M 2000 p7 641.0107 1980-2001年电子信息产业占全国工业总产值的比重(亿元)900080007000600050004000300020001000

3、 0876543210（%） 工业总产值 占全国工业总产值 的比重 1980年 1985年 1990年 1995年 1999年100.2286.4698.124707782 我国集成电路生产能力方面： 93年生产的集成电路为1.78亿块，占世界总产量的0.4%，相当于美国1969年的水平，日本1971年的水平。 96年为7.09亿块，而1996年国内集成电路市场总用量为67.8亿块,国内市场占有率仅为10。 99年为23亿块,销售额70多亿元，国内市场占有率不足20，绝大部分依靠进口。2000年需求量为180亿块，预计可生产32亿块。 总之，我国集成电路产业的总体发展水平还很低，与国外相比大约

4、落后15年。二、集成电路设计与EDA软件工具集成电路产业是以市场、设计、制造、应用为主要环节的系统工程。设计是连接市场和制造之间的桥梁，是集成电路产品开发的入口。成功的产品来源于成功的设计，成功的设计取决于优秀的设计工具。 图 信息产业市场中的EDA 8000亿US$ 1000亿US$300亿US$16亿US$信息产业微电子产品ASIC产品EDA产品EDA三个发展阶段 1 CAD（Computer Aided Design) 2 CAE (Computer Aided Engineering) 3 EDA (Electronic Design Automation) EDA system 框架

5、结构(资料、兼容）各CAD工具 模型库算法硬件支撑环境 文字说明的系统的功能逻辑描述（算法）图、VHDL语言选PLD器件开发系统下载SOC EDA 系系 统统 框框 图图 VHDL 电原理图输入 D S P 模模 拟拟 数数 字字 电电 路路 模模 拟拟 模模 拟拟 电电 路路 模模 拟拟通通用用 IC 系系统统/PCB 设设计计掩掩 膜膜 ASIC 设设 计计用用 户户 编编 程程 的的 PLD 设设 计计 M C M 设设 计计 系 统 结 构 与 模 块 划 分 系系 统统 结结 构构 与与 模模 块块 划划 分分 集集 成成 电电 路路 版版 图图 掩掩 膜膜 制制 造造 IC 制制

6、造造 版版 图图 校校 验验 与与 后后 模模 拟拟支持的 EDA软件有：SynarioMaxplusIIFoundation支持的 EDA软件有：ElectronicsWorkbench;Pspice;Protel.系系统统模模型型库库 数数字字 IC 标标准准 IC 半半定定制制 IC 全全定定制制 IC PROM GAL PAL PLA CPLD PLD FPGA SPLD ASICApplication Specific IC数字数字 IC 及及 PLD 系列图系列图可可编编程程逻逻辑辑器器件件 (PLD-Programmable Logic Device ) 低低密密度度 PLD 高

7、高密密度度 PLD-HDPLDPROMPLAPALGALEPLDCPLDFPGAPLD (Programmable Logic Device) 按集成度分类按集成度分类EDA的特性决定了其实现方法具有很大的自由度。而最实质最实质，最能体现创造性的是利用最能体现创造性的是利用EDA技术完技术完成一个项目的设计方案成一个项目的设计方案 EDA与其它课程的区别与其它课程的区别；“数字电路”（验证型，规模小，可手工插件完成）“单片机”（不用调试，复位；知识产权IP；等） EDA的发展趋势的发展趋势 提高门电路数量、增加系统功能、提高标准化以及缩短上市时间这四个因素正在推动这种技术向前发展。 高性能；低

8、价格。 “从事IP（Intellectual Property）开发无芯片EDA 公司”和“无生产线的IC企业”，EDA技术将成为我国现代电子技术的重要产业。 理想的设计自动化软件应能做到：与内部器件体系结构细节无关；与内部器件体系结构细节无关； 能确定各个设计目标的优先次序，并能根据这种优先次能确定各个设计目标的优先次序，并能根据这种优先次 序来优化软件的操作；序来优化软件的操作；能高效利用硅片资源；能高效利用硅片资源；很少需要乃至根本不需要人工干预；很少需要乃至根本不需要人工干预；快速编译一种设计，并对其再编译；快速编译一种设计，并对其再编译； 把编译之间的定时和引出线的修改减到最低程度，

9、乃至把编译之间的定时和引出线的修改减到最低程度，乃至 完全无需修改。完全无需修改。可编程逻辑器件厂商的硅片产品的技术领先程度和文档的全可编程逻辑器件厂商的硅片产品的技术领先程度和文档的全面程度，并不是决定可编程逻辑器件厂商成败的唯一因素。同样重面程度，并不是决定可编程逻辑器件厂商成败的唯一因素。同样重要的是可编程逻辑器件公司内部开发的或由第三方提供的软件工具要的是可编程逻辑器件公司内部开发的或由第三方提供的软件工具支持的深度和广度。支持的深度和广度。 第三节第三节 数字电路设计方法数字电路设计方法 设计方法学旨在人工干预设计与EDA工具之间的交互过程中取得尽可能高的设计效率。一、自上向下的设计

10、方法自上向下的设计方法 系统级-功能级-寄存器传输级-门级-电路级-版图级（物理级） 文字说明的系统的功能文字说明的系统的功能系统逻辑描述（算系统逻辑描述（算法）法）图、图、VHDL语言语言选选PLD器件器件开发开发系统下载系统下载SOC 系统的设计，一开始要仔细分析总体设计任务，所以是由顶向下的设计过程。 （ 手工设计 ：市场元件目标，底层高层） 数字系统的设计任务数字系统的设计任务 （1）对设计任务进行分析，将所设计的系统合理地划分 为若干个子系统，使其分别完成较小的任务。 （2）设计系统控制器，以控制和协调各子系统的工作。 （3）对各子系统功能部件进行逻辑设计。 （4）对复杂的数字系统，

11、还要对各子系统的连接关系 及数据流的传送方式进行设计。 子系统划分的原则子系统划分的原则 子系统的划分是数字系统设计的开始， 称为数字系统的初步设计。 子系统的划分过程，实际上是把总体任务 划分成若干分任务的过程。 子系统划分的原则是子系统划分的原则是： （1）对所要解决的总体任务是否已全部清楚地描述出来。 （2）对所要解决的问题是否有更清楚更简单的描述。 （3）各子系统所承担的分任务是否清楚、明确，是否有更 清楚的划分方式。 （4）各子系统之间的相互关系是否明确，它们之间的控制 关系是怎样的。 （5）控制部分与被控制部分是否清楚、明确，它们之间的 控制关系是怎样的。 二、自下向上的设计方法自

12、下向上的设计方法。（传统方法）三、至关键部件开始的设计方法三、至关键部件开始的设计方法四、其他方法四、其他方法 EDA技术从某种意义上说：学习一种通过软件的方法来高效技术从某种意义上说：学习一种通过软件的方法来高效地完成硬件设计的计算机技术。地完成硬件设计的计算机技术。 计算机描述语言：对于不同的设计层次，都需要用计算机来进行辅助设计。因此，需要有一套计算机能处理的语言来描述设计结果和设计要求。1 VHDL(Very High-speed Integrated Circuit Hardware Description Language) 。 2 protel 是一种用于电路分析的软件工具，它本身规定了一套电路描述方法。并可专门用于布图设计的电路描述语言。 第四节第四节 教学安排教学安排 实验一 交通灯控制电路（自学掌握EWB） 实验二 自学掌握Quartus II软件的使用 实验三 3-8