EDA技术与应用-第1章绪论

EDA技术与应用山东科技大学信息学院

绪论

EDA是ElectronicDesignutomation

——电子设计自动化的缩写。EDA技术是20世90年代初以来迅速发展起来的现代电子工程领域的一门新技术。它以计算机为工作平台，以EDA工具软件为开发环境，以硬件描述语言(HDL)作为电子系统功能描述方式，以电子系统设计为应用方向的电子产品自动化设计过程。

绪论

在当今以数字化和网络化为特征的信息技术革命大潮中，电子技术获得了飞速发展，现代电子产品渗透到了社会的各个领域。现代电子产品的性能进一步提高，功能越来越复杂，集成化智能化程度越来越高，更新换代的节奏越来越快，开发风险也越来越大，而且正向着功能多样化、体积小型化、功耗最低化的趋势发展。

绪论

所有这些，都给电子系统设计师们带来了前所未有的压力，面对这种压力，唯一的出路是熟练掌握EDA技术，并获得其有力支持。EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可靠性，减轻了设计者的劳动强度，EDA是电子产品开发研制的动力源和加速器，是现代电子设计的核心。随着基于PLD的EDA技术的发展和应用领域的扩大与深入，它在电子信息、通信工程、自动控制及计算机应用等领域的重要性日益突出。

绪论

有专家预言，21世纪将是EDA技术快速发展的时期，它将成为对本世纪产生重大影响的十大科学技术之一。因此，在大中专院校的电子信息、通信工程、自动控制、计算机应用等各类学科的教学中引入均EDA技术的内容，以适应现代电子技术的飞速发展。

前言《EDA技术与应用》一书主要内容包括：EDA技术；电路EDA设计软件PSpice、Multisim8使用方法；可编程逻辑器件工作原理、分类及使用；VerilogHDL硬件描述语言语法要点与设计实例；EDA集成软件QuartusII使用、仿真软件ModelSim、综合软件Synplifypro等使用方法及设计流程、电路EDA设计实例并进行了详细的分析与介绍。

《EDA技术与应用》一书可作为高等工科院校电子电气信息类各专业高年级本科生和研究生“EDA技术与应用”相关方面课程的教材或参考书，也可作为计算机仿真和计算机辅助设计的实训课程教材，或作为广大电子设计人员的设计参考书或使用手册。前言

参考文献《EDA技术实用教程》黄仁欣清华大学出版社2011-9-2《EDA技术与应用EDA技术与应用》（第3版）江国强

电子工业出版社

2010-4-13《EDA技术及应用(第三版)》谭会生西安电子科技大学出版社

2011-08

第1章EDA技术第2章电路设计仿真软件Pspice及其应用第3章电路设计仿真软件Multisim8第4章可编程逻辑器件第5章硬件描述语言VerilogHDL第6章数字集成软件QuartusⅡ及其应用目录

第7章仿真软件Modesim及其应用第8章综合软件SynplifyPro及其应用第9章EDA技术综合应用目录第1章EDA技术§1.1EDA技术简介1.1.1EDA技术的起源

1.1.2EDA技术的发展技术及特点§1.2

常用EDA软件介绍本章内容

1.2.1EDA软件的分类

1.2.2EDA软件的发展趋势§1.3EDA工程的设计流程§1.4EDA工程的设计方法

1.1.1EDA技术的起源

EDA技术是以计算机为工作平台，以相关的EDA开发软件为工具，以大规模可编程逻辑器件

（包括CPLD、FPGA、EPLD等）为设计载体，以硬件描述语言HDL（HardwareDescriptionLanguage）为系统逻辑描述的主要表达方式，自动完成系统算法，电路设计，最终形成电子系统或专用集成芯片的一门新技术。

1.1EDA技术简介

EDA技术研究的对象是电路或系统芯片设计的过程，可分为系统级、电路级和物理级三个层次。EDA设计领域和内容，包括从低频、高频到微波，从线性到非线性，从模拟到数字，从可编程逻辑器件通用集成电路到专用集成电路的电子自动化设计。

3、数制转换1．1．1EDA技术的起源1．计算机辅助设计CAD阶段

一般认为EDA技术的发展经历了3个阶段：计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）、电子系统设计自动化（EDA）。

20世纪60年代之前，电子产品硬件系统设计的大都采用分立元件。随着集成电路的出现和应用，硬件系统设计进入到CAD发展的初级阶段，该阶段的硬件设计大量选用中、小规模标准集成电路。20世纪70年代，由于设计师对图形符号使用数量有限，因此传统的手工布图方法无法满足产品复杂性的要求，更不能满足工作效率的要求，就产生了一些单独的软件工具，主要有印制电路板（PCB）布线设计、电路模拟、逻辑模拟及版图的绘制等。这种应用计算机进行辅助设计的时期，就是计算机辅助设计CAD阶段。2．计算机辅助工程设计CAE阶段

20世纪80年代，随着计算机和集成电路规模的发展，使得工具软件和技术逐步完善和发展，在设计方法、设计工具和集成化方面得到了很大的进步。各种EDA设计软件及元器件库齐全，且不同功能的设计工具之间的兼容性得到了很大的改善，不能兼容的软件受到了抵制和淘汰。

逐步实现了可以把不同设计功能的软件互相结合，形成了技术齐全，性能较高的系列EDA软件，进入了计算机辅助工程设计的初级阶段。该阶段的硬件系统设计，仍然使用大量不同型号的标准芯片，实现电子系统设计。

随着微电子工艺的发展，相继出现了集成上万只晶体管的微处理器、集成几十万乃至上百万储存单元的随机存储器和只读存储器的超大规模集成电路。此时推出的EDA软件大都以逻辑模拟、定时分析、故障仿真、自动布局和布线为核心，重点解决电路设计没有完成之前的功能检测等问题。

利用这些工具，设计师能在产品制作之前预知产品的功能与性能，能生成产品制造文件，使设计阶段对产品性能的分析前进了一大步，这就是真正的计算机辅助工程设计CAE阶段。

20世纪90年代，微电子技术飞速发展，其工艺水平已达到了深亚米微米级，在一个芯片上可以集成上百万、上千万乃至上亿个晶体管，芯片的工作频率可达到GHz，发展到了甚超大规模集成电路阶段。这就使得单芯片系统集成（SystemonChip）SoC得到了快速的发展。3．电子系统设计自动化EDA阶段

为了满足千差万别的用户提出的对电路系统的要求，最好的办法是由用户自己设计芯片，让他们把想设计的电路直接设计在自己的专用芯片上。这一阶段可编程逻辑器件的飞速发展，微电子厂家可以为用户提供各种规模的可编程逻辑器件，使设计者通过它较快的设计出各种功能的电子系统。在这种形势下，对电子设计软件工具提出了更高的要求，促进了电子设计技术的飞速发展。

1.1.2EDA技术发展趋势及特点

1．EDA技术的发展

20世纪90年代EDA技术的发展和成熟。突出表现在以下几个方面：功能强大的EDA软件不断推出；使得ASIC设计水平不断提高，更大规模的可编程逻辑器件FPGA和CPLD的不断推出；出现了基于EDA软件的专用集成电路设计ASIC设计标准单元，出现了已涵盖大规模电子系统及IP核模块，设计师逐步从使用硬件转向设计硬件，从单个电子产品开发转向系统级电子产品开发

SoC。。

2.名词解释（1）IC是英文IntegratedCircuit的缩写，就是集成电路的意思。是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把实现一定功能的电路，所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。二、或运算

(2)ASIC（ApplicationSpecificntergrated

Circuits）：即专用集成电路，是指应特定用户要求和特定电子系统的需要而设计、制造的集成电路。

(3)FPGA现场可编程门阵列和CPLD复杂可编程逻辑器件：它是在PAL、GAL、PLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为ASIC领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。是目前较为流行的一种EDA设计技术。

三、非运算

(4)IP核：是具有知识产权的集成电路设计技术，是指那些己经过验证的、可重利用的、具有某种确定功能的集成电路设计模块。分为软IP(softIPcore)、固IP(firmIPcore)和硬IP(hardIPcore)。软IP：是用某种高级语言（C或硬件描述语言HDL等）来描述功能块的行为，但是并不涉及用什么电路和电路元件实现这些行为。

固IP核：除了完成软IP所有的设计外，还完成了门电路级综合和时序仿真等设计环节，一般以门电路级网表形式提交用户使用。硬IP核：则是完成了综合的功能块，已有固定的拓扑布局布线和具体工艺，并己经经过工艺验证，具有可靠性能的集成电路版图设计。

（5）SoC：(SystemonChip)简称SoC，是高效低成本设计技术逐步成熟，系统级、行为级验证硬件描述语言不断出现（如SystemC和SystemVerilog等)，使得复杂数字系统的设计验证得以简化。

（6）SoPC：可以在CPLD/FPGA上实现可编程片上系统，简称为SoPC（SystemonaProgrammableChip），即在可编程芯片上实现一个具有特定功能的电路系统。3．EDA技术的特点（1）用软件的方式设计硬件；（2）用EDA软件，可自动完成硬件系统设计；（3）设计过程中可根据需要完成各种仿真；（4）系统可现场编程，在线升级；（5）整个系统可集成在一个芯片上，体积小、功耗低、可靠性高。4.EDA技术的范畴集成电路IC版图设计PLD设计电路系统设计或集成电路IC设计电路PCB板系统设计模拟电路数字电路混合电路设计输入逻辑综合仿真编程下载本课程内容！集成电路版图设计电子产品系统设计1．2常用EDA软件介绍1．2．2EDA软件按功能分类

可以完成从设计输入（原理图或HDL）→仿真→综合→布线→下载到器件等，包括所有PLD开发流程的所有工作。1.集成的PLD/FPGA开发软件1．2．1.EDA软件

EDA软件的分类：根据其服务的对象分类按设计模块分来分类按公司类别进行分类

按功能进行分类

目前业内较著名，具有良好的标准化和兼容性如Altera公司的MaxplusⅡ、QuartusⅡ，Xilinx公司的ISE，Lattice公司的ISPDesignExpert等。2.综合类软件

目前各种综合软件琳琅满目，但被大多数设计工程师认可、占有一定份额的主要是由几大EDA公司：Cadence、Synopsys、Synplicity和Mentor等所开发的综合软件。

对设计输入进行逻辑分析、综合和优化，将硬件描述语句HDL（通常是系统级的寄存器级的描述语句）翻译成最基本的与、或、非门的连接关系（网表），导出给CPLD/FPGA厂家的软件进行布局和布线。

为了优化设计，在进行较复杂的设计时，基本上都使用这些专业的逻辑综合软件，而不采用厂家提供的集成PLD/FPGA开发工具。如采用Synplicity公司的Synplify、Synopsys公司的FPGAexpress、FPGACompilerⅡ等。

SynplifyPro是Synplicity公司推出FPGA综合软件，是针对复杂可编程逻辑设计的FPGA综合工具，目标是提供高性能的逻辑综合技术，来满高效可编程逻辑器件CPLD/FPGA设计的需求。

仿真软件除了PLD/FPGA开发工具集成软件，以外，对于复杂的系统设计仿真软件有：ModelTechnology公司的Modelsim，Cadence公司的NC-Verilog/NC-VHDL/NC-SIM等。

“功能仿真”也叫“前仿真”）这类软件的功能是对设计算法和功能进行模拟仿真；“时序仿真”，也叫“后仿真”；后端的门延时、布线延时等的仿真。3.仿真类软件

4.面向ASIC的设计的软件

面向专用集成电路ASIC的设计EDA软件，包括数字电路设计、模拟电路设计、数模混合设计、系统设计、仿真验证等电子设计的许多领域。这些软件对硬件环境要求高，一般的运行平台要求是工作站和Unix操作系统或者是Linux操作系统，其功能齐全、性能优良，一般由专门开发EDA软件工具的软件公司提供，如Cadence、MentorGraphics和Synopsys等EDA软件公司都有其特色工具。

1．具有混合信号处理能力2．具有高效的仿真功能1.3EDA工程的设计流程3．理想的逻辑综合和优化功能1．2．3EDA软件的发展趋势

1.3.2数字ICEDA设计流程

1.3.3模拟ICEDA设计流程

1.3.4可编程逻辑器件EDA设计流程

1.3.1EDA设计流程

1.3.1EDA设计流程一般的EDA的工程设计流程，有以下六部分组成：1．源程序的编辑