电信传输第1章2

1、1可编程逻辑器件原理及应用可编程逻辑器件原理及应用 主讲：张家波主讲：张家波重庆邮电大学通信与信息学院重庆邮电大学通信与信息学院2v课程性质课程性质v课程安排课程安排v教材及参考资料教材及参考资料vEDAEDA技术的相关网址技术的相关网址v本课程学习方法小议本课程学习方法小议v软件简单介绍软件简单介绍3 本课程本课程是电子信息工程、通信工程、电子与科学技是电子信息工程、通信工程、电子与科学技术术, ,自动化、应用电子技术自动化、应用电子技术, ,通信技术通信技术, ,楼宇智能化技术、楼宇智能化技术、电子产品设计与工艺等电类本科专业的电子产品设计与工艺等电类本科专业的技术专业技术专业课程课程,

2、,技技术基础应用性术基础应用性课程，也是课程，也是现代电子设计技术导论性现代电子设计技术导论性课程课程 . 该课程与其他技术基础课和专业课衔接紧密，是学生该课程与其他技术基础课和专业课衔接紧密，是学生进行大学生进行大学生电子科技竞赛电子科技竞赛、课程设计课程设计、毕业设计毕业设计和和参加工参加工作作所必需的重要所必需的重要技术基础，技术基础，掌握掌握EDAEDA技术是电子信息类专技术是电子信息类专业学生所必备的基本能力和技能业学生所必备的基本能力和技能. . 随着半导体和计算机技术的不断发展，电子工程设随着半导体和计算机技术的不断发展，电子工程设计逐步实现了自动化，即电子设计自动化（计逐步实现

3、了自动化，即电子设计自动化（Electronic Electronic Design AutomationDesign Automation，简称，简称EDAEDA）。）。 在在2121世纪世纪EDAEDA已经是电子设计的必经之路，也是电子技已经是电子设计的必经之路，也是电子技术教学必不可少的内容。术教学必不可少的内容。 课程性质课程性质剖析课程名字，引导应用,EDA4vEDAEDA（Electronics Design AutomationElectronics Design Automation）即电子）即电子设计自动化技术，是利用设计自动化技术，是利用计算机工作平台计算机工作平台，从事，

4、从事电子系统和电路设计的一项技术。随着电子系统和电路设计的一项技术。随着微电子技微电子技术、计算机信息技术术、计算机信息技术和和智能化技术智能化技术等多种应用学等多种应用学科的迅速发展，科的迅速发展，EDAEDA技术日益成熟，已渗透到电技术日益成熟，已渗透到电子系统和集成电路设计的各个环节。作为电子技子系统和集成电路设计的各个环节。作为电子技术的后续课程，大部分院校相继开设了术的后续课程，大部分院校相继开设了EDAEDA课程。课程。开设该课程的目的是使学生开设该课程的目的是使学生了解现代电路设计方了解现代电路设计方法，了解日益法，了解日益发展的电路设计技术发展的电路设计技术，跟上时代的，跟上时

5、代的步伐。步伐。5vEDAEDA技术涉及内容很多，既包括技术涉及内容很多，既包括可编程模拟器件可编程模拟器件PACPAC的的模拟模拟电路设计电路设计，又包括，又包括可编程逻辑器件可编程逻辑器件PLDPLD的的数字电路设计数字电路设计内内容。由于目前容。由于目前PACPAC技术还不十分成熟，基于技术还不十分成熟，基于PACPAC器件的模拟器件的模拟电路设计应用还处于一个起步阶段。可编程逻辑器件电路设计应用还处于一个起步阶段。可编程逻辑器件PLDPLD正以惊人的速度向着正以惊人的速度向着高密度、高速度、低电压、低功耗高密度、高速度、低电压、低功耗的的方向发展。其开发软件系统的功能日益完善，基于方向

6、发展。其开发软件系统的功能日益完善，基于PLDPLD的的数字电路设计应用十分广泛。基于数字电路设计应用十分广泛。基于PLDPLD的数字电路设计既的数字电路设计既包括包括硬件硬件PLDPLD，又包括相应软件开发系统，又包括相应软件开发系统，涉及内容很多，涉及内容很多. . 自看前言广义EDA技术？6v本课程作为本课程作为专业技术基础专业技术基础课，主要讨论课，主要讨论可编程逻可编程逻辑器件基本原理辑器件基本原理、利用可编程逻辑器件进行电子、利用可编程逻辑器件进行电子系统设计的方法，系统设计的方法，掌握可编程逻辑器件的软硬件掌握可编程逻辑器件的软硬件开发工具开发工具以及以及可编程逻辑器件的应用可编

7、程逻辑器件的应用等。通过本等。通过本课程的学习，使学生对课程的学习，使学生对可编程逻辑器件及相关技可编程逻辑器件及相关技术有较为深入的了解术有较为深入的了解；掌握用；掌握用PLDPLD设计电子系统设计电子系统的设计方法的设计方法。 课程任务课程任务7本课程安排本课程安排:o手机设置为振动或关机手机设置为振动或关机 学时数学时数:32:32学时学时( (理论教学理论教学2424学时学时+ +实验教学实验教学1616学时学时) ) ( (自己至少上机自己至少上机8 8时时) )课程教学内容课程教学内容: :第一章第一章: :概述概述第二章第二章:FPGA/CPLD:FPGA/CPLD结构原理结构原

8、理第三章第三章: VHDL: VHDL设计初步设计初步 第四章第四章: Quartus: Quartus应用向导应用向导第五章第五章: VHDL: VHDL设计进阶设计进阶 第六章：宏功能模块与第六章：宏功能模块与IPIP应用应用第七章：有限状态机设计（第七章：有限状态机设计（8 8，9 9，1010，1111实验中学）实验中学）教学目的教学目的: : 了解一类器件了解一类器件, ,掌握一门语言掌握一门语言, ,熟悉一种设计语言熟悉一种设计语言. . 课程安排课程安排看授课计划,确定（课代表）8教材教材: : EDA技术与技术与VHDL设计黄沛昱等编著设计黄沛昱等编著 西安电子科技大学出版社；

9、西安电子科技大学出版社； EDA技术与技术与VHDL设计实验指导，黄沛昱等编著设计实验指导，黄沛昱等编著 西安电子科技大学出版社；西安电子科技大学出版社；教材及参考资料教材及参考资料9vhttp:/ vhttp:/vhttp:/vhttp:/v 电子科技大学电子科技大学 窦衡窦衡 视频讲座视频讲座vhttp:/vhttp:/vhttp:/ EDA技术的相关网址技术的相关网址10本课程学习方法小议本课程学习方法小议本课程前期基础课程是数字电路等课程本课程前期基础课程是数字电路等课程 这方面掌握不够理想的请自己重新复习和巩固，参这方面掌握不够理想的请自己重新复习和巩固，参考数字电路与逻辑设计补学存

10、储器和可编程逻辑器考数字电路与逻辑设计补学存储器和可编程逻辑器件部分。件部分。本课程是一门实践性、应用性很强的学科本课程是一门实践性、应用性很强的学科 努力学好课堂知识的同时，更要培养动手能力。努力学好课堂知识的同时，更要培养动手能力。硬件硬件/ /软件同样重要，不可偏废软件同样重要，不可偏废 硬件是基础，软件是外表及思想。硬件是基础，软件是外表及思想。听课、查阅资料、上网学习听课、查阅资料、上网学习、作业、实验环节都重要作业、实验环节都重要 掌握科学的学习方法掌握科学的学习方法: :多思考，多分析，多总结。多思考，多分析，多总结。大家看前言11回顾回顾 与补充与补充 自自20世纪世纪60年代

11、以来，数字集成电路已经历了从年代以来，数字集成电路已经历了从SSI、MSI到到LSI、VLSI的发展过程。的发展过程。20世纪世纪70年代初年代初以以1K位存储器为标志的大规模集成电路（位存储器为标志的大规模集成电路（LSI）问世）问世以后，微电子技术得到迅猛发展，集成电路的集成规以后，微电子技术得到迅猛发展，集成电路的集成规模几乎以平均每模几乎以平均每12年翻一番的惊人速度迅速增长。年翻一番的惊人速度迅速增长。12标准逻辑器件标准逻辑器件微处理器微处理器CPU与微控制器与微控制器MCU（单片机）（单片机）目前，有以下三种集成逻辑器件可供选用：目前，有以下三种集成逻辑器件可供选用：包含包含：T

12、TL74/54系列和系列和CMOS4000/4500/74HC系列的器件。系列的器件。特点特点：中、小规模集成电路、速度快、型号系列齐全、厂家中、小规模集成电路、速度快、型号系列齐全、厂家 众多、价格便宜。众多、价格便宜。不足不足：实现复杂的逻辑功能时，电路庞大、连线增多、可靠：实现复杂的逻辑功能时，电路庞大、连线增多、可靠 性降低。性降低。特点特点：大规模、超大规模集成电路、其性能已不能单凭器件大规模、超大规模集成电路、其性能已不能单凭器件 本身的电路结构评估，需要配备相应的软件才能形成本身的电路结构评估，需要配备相应的软件才能形成 一个整体。一个整体。不足不足：在某些对工作速度有特别要求的

13、场合，此类器件的弱在某些对工作速度有特别要求的场合，此类器件的弱 点就表现出来。点就表现出来。13专用集成电路专用集成电路ASICApplication Specific Integreated Circuit)ASIC是是面向用户实用目的面向用户实用目的而专门设计的一种集成电路，其而专门设计的一种集成电路，其宗旨在于优化电路的性能，提高电路的集成度，增强电路芯宗旨在于优化电路的性能，提高电路的集成度，增强电路芯片的接口能力，同时，其设计周期和开发成本又为用户能接片的接口能力，同时，其设计周期和开发成本又为用户能接受。通常受。通常电路逻辑功能复杂电路逻辑功能复杂。包括：包括：1. 标准单元标准

14、单元2. 宏单元宏单元3. 门阵列门阵列4. 可编程逻辑器件可编程逻辑器件PLD1415161718三类器件的主要性能指标比较三类器件的主要性能指标比较v很好很好v很好很好v较差较差v 开发工具支持开发工具支持v较大较大较小较小v较小较小v 库存风险库存风险v较难较难v不难不难v容易容易v 使用难易程度使用难易程度v长长v较短较短v短短v 制造时间制造时间v一般一般v较好较好v差差v 样品仿真能力样品仿真能力v较长较长v不长不长v短短v 开发时间开发时间v较贵较贵v一般一般v便宜便宜v 价格价格v很好很好v较好较好v差差v 集成度集成度v一般一般v较好较好v很好很好v 速度速度v专用集成专用集

15、成ASICv微控制器微控制器v标准逻辑器标准逻辑器件件类型类型指标指标19vFPGA测试工程师测试工程师 v山东量子科学技术研究院有限公司山东量子科学技术研究院有限公司v公司规模：公司规模：100 - 499人人 v公司性质：私营民营企业公司性质：私营民营企业 v公司行业：计算机软件公司行业：计算机软件,通信通信(设备设备运营运营增值服务增值服务),电子电子微电子微电子 v职位性质：全职职位性质：全职 v发布日期：发布日期：2011-9-27 v工作经验：工作经验：1-2年年 v学历要求：本科以上学历要求：本科以上 v招聘人数：招聘人数：2人人 v语言能力：不限语言能力：不限 v简历语言：中文

16、简历语言：中文 v工作地点：济南市工作地点：济南市 工作职责：工作职责：1) 负责我司数据通信产品的负责我司数据通信产品的FPGA电路的设计、验证和测试工作；电路的设计、验证和测试工作；2) 负责测试策划及相关测试文档编写；负责测试策划及相关测试文档编写； 3) 负责测试用例的编写，执行测试；负责测试用例的编写，执行测试； 4) 负责提交问题并跟踪问题状态；负责提交问题并跟踪问题状态；5) 测试范围涉及软硬结合项目。测试范围涉及软硬结合项目。任职资格：任职资格：1) 电子工程、通信工程、自动化等相关专业；电子工程、通信工程、自动化等相关专业；2) 良好的数字电路基础，较强的电路设计、调试能力；

17、良好的数字电路基础，较强的电路设计、调试能力； 3) 熟悉熟悉Verilog和和VHDL语言；语言；4) 熟悉熟悉Altera或或Xilinx FPGA的架构的架构/设计流程及开发工具；设计流程及开发工具；5) 掌握基本的验证和调试的方法和技术；掌握基本的验证和调试的方法和技术；6) 良好的英文阅读能力，沟通交流能力强，良好的团队合作精神，工作积极主动。良好的英文阅读能力，沟通交流能力强，良好的团队合作精神，工作积极主动。7) 一年以上一年以上FPGA验证经验或开发经验。验证经验或开发经验。20FPGA测试工程师中兴通讯股份有限公司中兴通讯股份有限公司 v职位职能职位职能: 硬件工程师硬件工程

18、师 测试工程师测试工程师 职位描述职位描述:主要职责：主要职责：1. 从事大规模从事大规模FPGA基线版本的测试实施（包括代码走查，仿真验证，板级测试等）；基线版本的测试实施（包括代码走查，仿真验证，板级测试等）；2. 进行测试方案、测试用例的编写和评审；进行测试方案、测试用例的编写和评审；3. 从事从事FPGA测试工具研究；完成对测试工具研究；完成对FPGA验证及测试方法的创新和改进；验证及测试方法的创新和改进；4. 部门安排的其它相关工作；部门安排的其它相关工作；任职资格：任职资格：1. 计算机计算机/电子电子/通信通信/控制控制/计算数学相关专业；本科三年或硕士一年相关工作经验；计算数学

19、相关专业；本科三年或硕士一年相关工作经验；2. 具有良好的硬件理论基础，熟悉具有良好的硬件理论基础，熟悉FPGA基本原理和设计流程，有一定的数字电路设计或基本原理和设计流程，有一定的数字电路设计或测试的经验。测试的经验。3. 熟悉熟悉Xilinx或或Altera FPGA器件，熟悉器件，熟悉Verilog语言，熟练使用语言，熟练使用Modelsim等仿真验证工具。等仿真验证工具。4. 有大型有大型FPGA相关开发或测试经验优先。相关开发或测试经验优先。简历请投递至：简历请投递至：21年薪年薪:人民币人民币80000-100000 vFPGA、DSP工程师 最新相关招聘 v在704所测控通信研发

20、部工作，主要从事FPGA和DSP的设计工作:*负责某项目GPS接收机的基带部分，完成了扩频信号捕获跟踪、数据信息解调的设计*负责USB通用卫星测控模拟器中遥测、遥控分系统，完成了ASK、FSK、BPSK解调，以及PSK、QPSK、FM、PM调制的设计*负责某项目扩频应答机的基带部分，完成了扩频信号调制解调的设计*负责一中高速软件无线电（Software Radio）平台设计，在这一平台上完成了通用扩频系统、通用遥测遥控系统的设计。个人技能: 熟悉扩频原理，熟悉扩频信号的调制解调熟悉软件无线电（Software Radio）的原理熟练掌握C语言和汇编语言，特别熟悉TI的C6000系列芯片和设计工

21、具CCS熟悉verilog HDL，熟悉Quartus、Modelsim等FPGA设计工具，熟悉ALTERA的FPGA、CPLD芯片 可编程逻辑器件原理及应用23EDAEDA技术概述技术概述 信息社会的发展离不开集成电路，现代电子产信息社会的发展离不开集成电路，现代电子产品在性能提高、复杂度增大的同时，价格却一直呈品在性能提高、复杂度增大的同时，价格却一直呈下降趋势，而且产品更新换代的步伐也越来越快。下降趋势，而且产品更新换代的步伐也越来越快。当前集成电路正朝着速度快、容量大、体积小、功当前集成电路正朝着速度快、容量大、体积小、功耗低的方向发展。耗低的方向发展。24EDAEDA技术及其发展技术

22、及其发展 EDAEDA技术的实现目标技术的实现目标硬件描述语言硬件描述语言VHDL综合综合基于基于VHDL的自顶向下设计方法的自顶向下设计方法EDAEDA技术的发展趋势技术的发展趋势 EDAEDA与传统电子设计方法的比较与传统电子设计方法的比较ASICASIC及其设计流程及其设计流程 常用常用EDAEDA工具工具 261.1.什么是什么是EDA?EDA?E Electronic lectronic D Design esign A Automationutomation电子设计自动化电子设计自动化2.EDA2.EDA技术的发展过程技术的发展过程EDAEDA技术的发展的三个阶段技术的发展的三个阶

23、段1)1)、早期电子、早期电子CADCAD阶段阶段 20 20世纪世纪7070年代年代，属，属EDAEDA技术发展初期。利用计算技术发展初期。利用计算机、二维图形编辑与分析的机、二维图形编辑与分析的CADCAD工具，完成布图布线工具，完成布图布线等高度重复性的繁杂工作。等高度重复性的繁杂工作。 典型设计软件如典型设计软件如TangoTango布线软件。布线软件。著名的摩尔定律:每18个月单片集成电路晶体管的数目就会翻一番!27EDAEDA技术的发展的三个阶段技术的发展的三个阶段2)2)计算机辅助工程计算机辅助工程( (CAECAE) )阶段阶段8080年代年代为计算机辅助工程为计算机辅助工程(

24、CAE)(CAE)阶段。与阶段。与CADCAD相比，相比，CAECAE除了有除了有纯粹纯粹的图形绘制功能外，又增加了电路功能分析和结构设计，的图形绘制功能外，又增加了电路功能分析和结构设计，并且通过并且通过电气连接网络表电气连接网络表将两者结合在一起，实现了工程设计这就是计算机将两者结合在一起，实现了工程设计这就是计算机辅助工程的概念。辅助工程的概念。CAECAE的主要功能是：原理图输入、逻辑仿真、电的主要功能是：原理图输入、逻辑仿真、电路综合、电路时延后仿真、自动布局布线及路综合、电路时延后仿真、自动布局布线及PCBPCB后分析等。相应的后分析等。相应的EDAEDA开发工具主要解决电路设计没

25、有完成之前的功能检测等问题。开发工具主要解决电路设计没有完成之前的功能检测等问题。 8080年代后期，年代后期，EDAEDA工具已经可以进行初级的设计描述、综合、优化工具已经可以进行初级的设计描述、综合、优化和设计结果验证。和设计结果验证。 28 2020世纪世纪9090年代年代，可编程逻辑器件迅速发展，出现，可编程逻辑器件迅速发展，出现功能强大的全线功能强大的全线EDAEDA工具。具有较强抽象描述能力的硬工具。具有较强抽象描述能力的硬件描述语言件描述语言(VHDL(VHDL、Verilog HDL)Verilog HDL)及高性能综合工具的及高性能综合工具的使用，使过去单功能电子产品开发转向

26、系统级电子产使用，使过去单功能电子产品开发转向系统级电子产品开发（即品开发（即SOC_ System On a ChipSOC_ System On a Chip：单片系统、或片：单片系统、或片上系统集成上系统集成）。）。 3 3、电子设计自动化、电子设计自动化( (EDAEDA) )阶段阶段29EDAEDA技术的发展的三个阶段技术的发展的三个阶段4)4)电子系统设计自动化电子系统设计自动化(ESDA)(ESDA)阶段阶段九十年代为九十年代为ESDAESDA阶段，尽管阶段，尽管CAD/CAECAD/CAE技术取得了巨大的成功，技术取得了巨大的成功，但并没有把人从繁重的设计工作中彻底解放出来。在

27、整个设计但并没有把人从繁重的设计工作中彻底解放出来。在整个设计过程中，自动化和智能化程度还不高，各种过程中，自动化和智能化程度还不高，各种EDAEDA软件界面千差万别软件界面千差万别，学习使用困难，并且互不兼容，直接影响到设计环节间的衔接，学习使用困难，并且互不兼容，直接影响到设计环节间的衔接。基于以上不足，人们开始追求：贯彻整个设计过程的自动化，这。基于以上不足，人们开始追求：贯彻整个设计过程的自动化，这就是就是ESDAESDA即电子系统设计自动化。即电子系统设计自动化。 30vEDAEDA技术发展阶段技术发展阶段1.1.1 EDA1.1.1 EDA技术及其发展历程技术及其发展历程 n CA

28、D阶段 n CAE阶段 n 设计自动化阶段 31EDAEDA广义定义包括广义定义包括v半导体工艺设计自动化；半导体工艺设计自动化；v可编程器件设计自动化；可编程器件设计自动化；v电子系统设计自动化电子系统设计自动化；v印刷电路板设计自动化；印刷电路板设计自动化；v仿真与测试，故障诊断自动化；仿真与测试，故障诊断自动化；v形式验证自动化；形式验证自动化；v统称统称EDA工程工程32 以以大规模可编程逻辑器件大规模可编程逻辑器件为为设计载体设计载体，以，以硬件描述语硬件描述语言言为系统逻辑描述的为系统逻辑描述的主要表达方式主要表达方式，以，以计算机、大规模可计算机、大规模可编程器件的编程器件的开发

29、软件开发软件及实验开发系统及实验开发系统为为设计工具设计工具，自动完，自动完成用软件方式描述的电子系统到硬件系统的成用软件方式描述的电子系统到硬件系统的逻辑编译逻辑编译、逻逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、布局布线、逻辑仿辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、布局布线、逻辑仿真真，直至完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、，直至完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门的一门多学科融合的新技术多学科融合的新技术。EDAEDA技术的狭义定义技术的狭义定义多学科？多学科？33v硬件实现方面硬

30、件实现方面-大规模集成电路制造技术；大规模集成电路制造技术；ICIC版图设计版图设计技术，技术，ASICASIC测试与封装技术，测试与封装技术，FPGAFPGA和和CPLDCPLD编程下载技术，编程下载技术，自动测试技术等；自动测试技术等；v计算机辅助工程方面计算机辅助工程方面-计算机辅助设计，计算机辅助制计算机辅助设计，计算机辅助制造，计算机辅助测试，计算机辅助工程，多种计算机语言造，计算机辅助测试，计算机辅助工程，多种计算机语言的设计概念；的设计概念；v现代电子学方面现代电子学方面电子线路设计理论，数字信号处理技术，电子线路设计理论，数字信号处理技术，嵌入式系统，计算机技术，数字系统建模和

31、优化技术与微嵌入式系统，计算机技术，数字系统建模和优化技术与微波技术等；波技术等；34l EDAEDA技术的主要内容技术的主要内容实现载体：实现载体：大规模可编程逻辑器件大规模可编程逻辑器件 （PLD:PLD:Programmable Logic DeviceProgrammable Logic Device）描述方式：描述方式：硬件描述语言硬件描述语言 （HDL:Hard descripation Lauguage)HDL:Hard descripation Lauguage) VHDL VHDL、Verlog HDLVerlog HDL等等设计工具：设计工具：开发软件、开发系统开发软件、开

32、发系统硬件验证：硬件验证：实验开发系统实验开发系统35 FPGA：Field Programmable Gates Array CPLD：Complex Programmable Logic Device 主流公司：Xilinx、Altera、Lattice FPGA/CPLD 显著优点： 开发周期短、投资风险小、产品上市速 度快、市场适应能力强、硬件修改升级方便。一、一、 大规模可编程逻辑器件大规模可编程逻辑器件36 VHDL：IEEE标准，系统级抽象描述能力较强。 Verilog: IEEE标准，门级开关电路描述能力 较强。 ABEL: 系统级抽象描述能力差，适合于门级 电路描述。二、二、

33、 硬件描述语言硬件描述语言 （HDL_Hardware Description Language）P6637EDA开发工具分为： 集成化的开发系统: 特定功能的开发软件：综合软件 仿真软件三、软件开发工具三、软件开发工具38Altera 公司：Quartus、Maxplus系列Xilinx 公司：ISE、Foundation、 Aillance系列Lattice公司：ispDesignEXPERT 系列集成化的开发系统39 综合类： Synplicity公司的Synplify/Synplify Pro Synopsys公司的FPGAexpress、FPGA compiler Mentor公司的

34、 LeonardoSpectrum 仿真类： Model Tech公司的Modelsim Aldec 公司的 Active HDL Cadence公司的NC-Verilog、NC-VHDL、NC-SIM 特定功能的开发软件40 四、实验开发系统四、实验开发系统 41vBBU+RRU系统概述vB328硬件系统结构机柜单板单板内部通信技术指标vR04硬件系统结构vB328、R04配置与组网例如:移动通信42TBPA 单板v TBPA单板主要由CPU、DSP、FPGA等组成，实现3载波8天线业务数据处理。v上行方向，背板进来的IQ数据经过FPGA分组交换成帧，其中数据部分按载波为单位交由DSP处理，

35、DSP处理完的数据传送给CPU，而信令部分通过LOCAL BUS传给CPU，CPU最后把整合之后的信息通过以太网送IIA板处理。v下行方向，CPU通过以太网从IIA板得到信息，分离出的数据交给DSP处理。FPGA从DSP得到处理后的数据，从CPU口读取配置和信令，进行载波交换，最后通过IQ输出给背板。 背板CPUIQLOCAL BUSFPGADSPTBPAB328硬件系统结构硬件系统结构-单板单板4344二、二、EDAEDA工具的发展趋势工具的发展趋势 1、输入工具 发展趋势是以硬件描述语言（HDL）为主。 2、混合信号处理能力 数/模混合信号的处理 数字信号的描述：VHDL、Verilog

36、HDL 模拟信号的描述：AHDL 微波信号的描述：MHDL 453、仿真工具 仿真分为： 功能仿真：又称前仿真、系统级仿真或行为仿 真，用于验证系统的功能。 时序仿真：又称后仿真、电路级仿真，用于验 证系统的时序特性、系统性能。 仿真是系统验证的主要手段，是整个电子设 计过程中花费时间最多的环节。4、综合工具 综合：由高层次描述自动转换为低层次描述的过 程。是EDA技术的核心。46(1)用软件的方式设计硬件用软件的方式设计硬件; ;(2)(2)用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关的开发软件用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关的开发软件完成完成; ;(3)(3)设计过程中可用有关

37、的软件进行仿真；设计过程中可用有关的软件进行仿真；(4)(4)系统可现场编程系统可现场编程, ,在线升级在线升级; ;(5)(5)整个系统可集成在一个芯片上整个系统可集成在一个芯片上, ,体积小体积小, ,功耗低功耗低, ,可靠性高可靠性高. .利用利用EDAEDA技术进行电子系统的设计技术进行电子系统的设计, ,具有以下几个特点具有以下几个特点因此因此,EDA,EDA技术是现代电子技术的发展技术技术是现代电子技术的发展技术. .47vEDAEDA技术的最新发展技术的最新发展n（1 1）电子技术各个领域全方位融入）电子技术各个领域全方位融入EDAEDA技术，传统的电路系统设计建模理念发技术，传

38、统的电路系统设计建模理念发生了重大的变化。生了重大的变化。n（2 2）IPIP核的在电子行业得到了广泛应用。核的在电子行业得到了广泛应用。n（3 3）在）在FPGAFPGA实现实现DSPDSP应用成为可能，用纯数字逻辑进行应用成为可能，用纯数字逻辑进行DSPDSP模块的设计，使得模块的设计，使得高速高速DSPDSP实现成为现实，并有力推动软件无线电的实用化和发展。基于实现成为现实，并有力推动软件无线电的实用化和发展。基于FPGAFPGA的的DSPDSP计数，为告诉数字信号处理算法提供了实现途径。计数，为告诉数字信号处理算法提供了实现途径。n（4 4）SOPCSOPC技术步入了大规模应用阶段。技

39、术步入了大规模应用阶段。n（5 5）各种）各种EDAEDA工具的推出，使得电子系统设计和验证趋于简单。工具的推出，使得电子系统设计和验证趋于简单。n（6 6）EDAEDA技术使得电子领域各学科的界限更加模糊，如模拟与数字，软件与硬技术使得电子领域各学科的界限更加模糊，如模拟与数字，软件与硬件，系统与器件，件，系统与器件，ASICASIC与与FPGA,FPGA,行为与结构等，更加相互包容和渗透。行为与结构等，更加相互包容和渗透。48第一次作业v网查相关网查相关EDAEDA网站，技术论坛，安装软件网站，技术论坛，安装软件v交电子文档：交电子文档：EDAEDA技术的定义（广义与侠义，）发技术的定义（

40、广义与侠义，）发展与应用展与应用下周五下午下周五下午3 3点之前，学习委员打包发点之前，学习委员打包发给我给我v3. http:/ 网站上浏览下网站上浏览下v下一次课：提问？下一次课：提问？50 一般地说，利用一般地说，利用EDAEDA技术进行电子系统设计，归技术进行电子系统设计，归纳起来主要有以下纳起来主要有以下4 4个应用领域：个应用领域：n 印刷电路板（印刷电路板（PCBPCB）设计；）设计；n 集成电路（集成电路（ICIC或或ASICASIC）设计；）设计；n 可编程逻辑器件（可编程逻辑器件（FPGA/CPLDFPGA/CPLD）设计；）设计；n 混合电路设计。混合电路设计。专用集成电

41、路专用集成电路ASICASIC的设计与的设计与实现实现EDAEDA技术实现目标技术实现目标EDAEDA技术技术53 硬件描述语言（HDL）就是可以描述硬件电路的功能、信号连接关系及定时（时序）关系的语言，也是一种用形式化方法来描述数字电路和设计数字系统的。硬件描述语言的发展至今已有二十多年的历史，它是EDA技术的重要组成部分，也是EDA技术发展到高级阶段的一个重要标志。常用的硬件描述语言有ABEL、AHDL、VHDL、Verilog HDL、System-Verilog和System C等等。而VHDL和Verilog HDL是当前最流行的并已成为IEEE的工业标准硬件描述语言，得到了众多ED

42、A公司的支持。 54VHDL、Verilog HDL、ABEL、AHDL、SystemVerilog 、SystemC等等 HDLVHDL-VHSIC(Very High Speed Integrated Circuit)Hardware Description Language VHDL语言具有很强的语言具有很强的电路描述和建模能力电路描述和建模能力，能从多个层次对数字系统进行建模，能从多个层次对数字系统进行建模和描述，从而大大简化了硬件设计任务，提高了设计效率和可靠性。和描述，从而大大简化了硬件设计任务，提高了设计效率和可靠性。 VHDL具有与具体具有与具体硬件电路无关和与设计平台无关硬件

43、电路无关和与设计平台无关的特性，并且具有良好的的特性，并且具有良好的电路电路行为描述和系统描述的行为描述和系统描述的能力，并在语言易读性和层次化结构化设计方面，表现了强能力，并在语言易读性和层次化结构化设计方面，表现了强大的生命力和应用潜力。大的生命力和应用潜力。 55n VHDL VHDL VHDL主要用于描述数字系统的结构、行为、功能和接口。 n Verilog HDLVerilog HDL Verilog HDL是在C语言的基础上发展而来的硬件描述语言，具有简洁、高效、易用的特点。不同层次的描述方式比较：设计层次设计层次行为描述行为描述结构描述结构描述系统级系统算法系统逻辑框图RTL级数

44、据流图、真值表、状态机寄存器、ALU、ROM等分模块描述门级布尔方程、真值表逻辑门、触发器、锁存器构成的逻辑图版图级几何图形图形连接关系56EDA设计的描述层次：行为级描述寄存器传输级描述（RTL）门级描述版图级描述设计前端设计后端案例案例1：58vLIBRARY IEEE;vUSE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;vUSE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;vENTITY updncount8 ISv PORT(clk,clr,updn: IN STD_LOGIC;v q: OUT STD_LOGIC_VECTOR( 7 DOWNTO 0 )v ); v

45、END updncount8;vARCHITECTURE rtl OF updncount8 ISv SIGNAL count_8: STD_LOGIC_VECTOR( 7 DOWNTO 0 );v vBEGINv q=count_8; vPROCESS(clk,clr)v BEGINv IF clr=1 THENv count_8=00000000;v ELSIF clkEVENT AND clk=1 v THENv IF updn=1 THENv count_8= count_8+1;vELSEv count_8=count_8-1;v END IF;v END IF;v END PROC

46、ESS;vEND rtl;5960 一、传统设计方法：传统设计方法：自下而上（Bottom - up)的 设计方法，是以固定功能元件为基础，基于电 路板的设计方法。固定功能元件电路板设计完整系统构成系统调试、测试与性能分析系统功能需求引入：引入： 传统设计方法和传统设计方法和 EDA EDA方法的区别：方法的区别：输入输出61 1. 设计依赖于设计师的经验。 2. 设计依赖于现有的通用元器件。 3. 设计后期的仿真不易实现和调试复杂。 4. 自下而上设计思想的局限。 5. 设计实现周期长，灵活性差，耗时 耗力，效率低下。 传统设计方法的缺点：传统设计方法的缺点：62 二、二、 EDAEDA方法

47、：方法：自上而下（自上而下（Top - Down)Top - Down)的设计方法。其方的设计方法。其方案验证与设计、系统逻辑综合、布局布线、性能仿真、器案验证与设计、系统逻辑综合、布局布线、性能仿真、器件编程等均由件编程等均由 EDA EDA工具一体化完成。工具一体化完成。设计思想不同：设计思想不同： 自上而下（自上而下（Top - Down)Top - Down)的设计方法。的设计方法。 自上而下自上而下是指将数字系统的整体逐步分解为各个子系是指将数字系统的整体逐步分解为各个子系统和模块，若子系统规模较大，则还需将子系统进一步分统和模块，若子系统规模较大，则还需将子系统进一步分解为更小的子

48、系统和模快，层层分解，直至整个系统中各解为更小的子系统和模快，层层分解，直至整个系统中各个子系统关系合理，并便于逻辑电路级的设计和实现为止个子系统关系合理，并便于逻辑电路级的设计和实现为止。 自上而下设计中可逐层描述，逐层仿真，保证满足系自上而下设计中可逐层描述，逐层仿真，保证满足系统指标。统指标。63系统规格设计功能级描述功能级仿真逻辑综合、优化、布局布线定时仿真、定时检查输出门级网表ASIC芯片投片、PLD器件编程、测试ASIC:Application Specific Integrated Circuits, PLD: Programmable Logic Devices6465三、传统

49、方法与三、传统方法与EDAEDA方法比较：方法比较： 传统方法1.从下至上2.通用的逻辑元、器件3.系统硬件设计的后期 进行仿真和调试4.主要设计文件是电原 理图 EDA方法1.自上至下2.可编程逻辑器件3.系统设计的早期进行仿 真和修改4.多种设计文件，发展趋 势以 HDL描述文件为主5.降低硬件电路设计难度 EDA技术极大地降低硬件电路设计难度，提高设计效率，是电子系统设计方法的质的飞跃。66v描述方法不同描述方法不同：v 传统设计方法采用传统设计方法采用电路图电路图为主；为主；v EDAEDA设计方法采用设计方法采用硬件描述语言硬件描述语言HDLHDL为主；为主；v设计手段不同设计手段不

50、同：v 传统设计方法以传统设计方法以手工设计手工设计为主；为主；v EDAEDA设计方法为设计方法为自动实现，自动实现，其方案验证与设计系统逻辑综合、其方案验证与设计系统逻辑综合、布局布线、性能仿真、器件编程等均由布局布线、性能仿真、器件编程等均由 EDAEDA工具一体化完成。工具一体化完成。67 以以 ( )为为设计载体设计载体，以，以( )为系统逻辑描述的为系统逻辑描述的主要表达方式主要表达方式，以以( )为为设计工具设计工具，自动完成用软件方式描述的电子系统到硬件系，自动完成用软件方式描述的电子系统到硬件系统的统的逻辑编译逻辑编译、逻逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、布局布线、辑化简、

51、逻辑分割、逻辑综合及优化、布局布线、逻辑仿真逻辑仿真，直至完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程，直至完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门多学科融多学科融合的新技术合的新技术。A大规模可编程逻辑器件大规模可编程逻辑器件;B 硬件描述语言硬件描述语言; C计算机、大规模可编计算机、大规模可编程器件的程器件的开发软件开发软件及实验开发系统及实验开发系统EDAEDA技术的狭义定义技术的狭义定义68l EDAEDA技术的主要内容技术的主要内容实现载体：实现载体：? ?描述方式：描述

52、方式：? ?设计工具：设计工具：? ?硬件验证：硬件验证：? ?1 1、设计说明书、设计说明书2 2、建立、建立VHDLVHDL行为模行为模型型3 3、VHDLVHDL行为仿真行为仿真4 4、VHDL-RTLVHDL-RTL级建模级建模5 5、前端功能仿真、前端功能仿真6 6、逻辑综合、逻辑综合9 9、结构综合、结构综合7 7、测试向量生成、测试向量生成8 8、功能仿真、功能仿真1010、门级时序仿真、门级时序仿真1111、硬件测试、硬件测试1212、设计完成、设计完成 提出设计说明书，提出设计说明书，用自然语言表达系统的用自然语言表达系统的功能特点和技术参数。功能特点和技术参数。 将设计说明

53、书转化将设计说明书转化为为VHDL行为模型，以行为模型，以便对整个系统进行行为便对整个系统进行行为仿真和性能评估。仿真和性能评估。 对系统功能行为进对系统功能行为进行考察，以便于修改完行考察，以便于修改完善。善。将将VHDL行为模型表达行为模型表达为可综合的，为可综合的，VHDL的的行为代码。行为代码。 根据目标硬件环境根据目标硬件环境进行标准单元调用、布进行标准单元调用、布局、布线和满足约束条局、布线和满足约束条件的结构优化配置。件的结构优化配置。 将将VHDL行为级描行为级描述转化为结构化的门级述转化为结构化的门级电路。电路。 与硬件无关的功能与硬件无关的功能仿真。仿真。 生成针对生成针对

54、ASIC设计设计的测试的文档。的测试的文档。 利用获得的测试向利用获得的测试向量对量对ASIC的设计系统进的设计系统进行功能测试。行功能测试。 根据结构综合后生成根据结构综合后生成的时序仿真文件，进行门的时序仿真文件，进行门级的时序仿真。以便在计级的时序仿真。以便在计算机上了解更接近目标器算机上了解更接近目标器件的功能时序。件的功能时序。 对最后完成的硬件系对最后完成的硬件系统进行检查。统进行检查。7071CPUCPU指令指令/ /数据代码：数据代码：010010 100010 1100010010 100010 1100软件程序编译器软件程序编译器 COMPILER COMPILER编译与综

55、合编译与综合软件控制硬件:单片机直接设计出硬件72设计规则设计规则时间时间面积面积VHDL的综合流程综合流程FPGAFPGA与与DSPDSP芯片速度对比芯片速度对比8位位FIR滤波器阶数滤波器阶数FPGA处理速度处理速度（MSPS）达到相当速度所需达到相当速度所需DSP指令执行速度指令执行速度（MIPS）8104832161011616241032472321053360 下表，表明用下表，表明用FPGAFPGA实现的实现的8 8阶阶8 8位位FIRFIR滤波器的处理速度可达滤波器的处理速度可达104MSPS104MSPS，而用，而用DSPDSP芯片实现的滤波器要达到相当速度，则需要指芯片实现

56、的滤波器要达到相当速度，则需要指令执行速度为令执行速度为832MIPS832MIPS的的DSPDSP芯片。遗憾的是目前还没有指令执行芯片。遗憾的是目前还没有指令执行速度在速度在100MIPS100MIPS以上的以上的DSPDSP芯片，除非有十多个芯片，除非有十多个DSPDSP芯片一起工作。芯片一起工作。mspsMSPS-Million Samples per Second 转换速率（转换速率（Conversion Rate）是）是指完成一次从模拟转换到数字的指完成一次从模拟转换到数字的AD转换转换所需的时间的倒数。所需的时间的倒数。Msps，表示每秒采，表示每秒采样千样千/百万次（百万次（ki

57、lo / Million Samples per Second）。）。 1msps=1000 ksps相对性能 Field Programmable Gate Array Complex Programmable Logic Device 80EDA工程设计流程811.7 1.7 面向面向FPGAFPGA的的EDAEDA开发流程开发流程1. 图形输入图形输入 状态图输入状态图输入 波形图输入波形图输入 原理图输入原理图输入 2. 硬件描述语言文本输入硬件描述语言文本输入 将使用了某种硬件描述语言将使用了某种硬件描述语言(HDL)的电路设计文本，如的电路设计文本，如VHDL或或Verilog的源

58、程序，进行编辑输入。的源程序，进行编辑输入。 821.7 1.7 面向面向FPGAFPGA的的EDAEDA开发流程开发流程 将用行为和功能层次表达的电子系统转换为低层次的便于具体实现将用行为和功能层次表达的电子系统转换为低层次的便于具体实现的模块组合装配而成的过程。的模块组合装配而成的过程。 自然语言综合自然语言综合 自然语言表述自然语言表述VHDL语言算法表述语言算法表述 行为综合行为综合算法表述算法表述寄存器传输级表述寄存器传输级表述逻辑综合逻辑综合RTL级表述级表述逻辑门逻辑门(触发器触发器)表述表述结构综合结构综合 FPGA的配置网表文件的配置网表文件 版图综合版图综合逻辑门表述逻辑门

59、表述版图表述版图表述(ASIC设计设计)831.7 1.7 面向面向FPGAFPGA的的EDAEDA开发流程开发流程 适配器也称结构综合器，它的功能是将由综合器产生的网表文件配置于指定的适配器也称结构综合器，它的功能是将由综合器产生的网表文件配置于指定的目标器件中，使之产生最终的下载文件，如目标器件中，使之产生最终的下载文件，如JEDEC、Jam格式的文件。适配所选定格式的文件。适配所选定的目标器件必须属于原综合器指定的目标器件系列。的目标器件必须属于原综合器指定的目标器件系列。 在编程下载前必须利用在编程下载前必须利用EDA工具对适配生成的结果进行模拟测试工具对适配生成的结果进行模拟测试 仿真仿真 时序仿真时序仿真 功能仿真功能仿真 ASICASIC分类分类EDAEDA技术技术标准单元设计门阵列设计FPGA/CPLD设计半定制集成电路设计半定制集成电路设计全定制集成全定制集成 电路设计电路设计FULL-CUSTOMFULL-CUSTOM IC ICASICASIC及设计流程及设计流程ASICASIC分类分类87第3节课前5分钟v找同学回答问题：上一节课内容和自我复习和学习的找同学回答问题：上一节课内容和自我复习和学习的内容内容v问题问题1 1： EDAEDA技术的发展的三个阶段技术的发展的三个阶段? ?v问题问题2 2： VHDLVHDL具有与具体（具有与具体（ ）无关和与（）