【正文】 微電子中心 電子設計自動化基礎 1 電子設計自動化基礎 王晨旭 微電子中心 電子設計自動化基礎 2 先修課程 數字邏輯電路 計算機原理 C語言基礎 微電子中心 電子設計自動化基礎 3 參考文獻 夏宇聞編著， Verilog數字系統(tǒng)設計教程，北航 褚振勇等編著， FPGA設計及應用，西電 微電子中心 電子設計自動化基礎 4 第 1章 緒論 一、背景知識 二、電子設計自動化和硬件描述語言 三、使用硬件描述語言設計數字系統(tǒng)的流程 四、常見 EDA工具介紹 五、本課程的主要內容 微電子中心 電子設計自動化基礎 5 常見的邏輯門 第 1章 緒論 一、背景知識 或門 OR 或非門 NOR 非門 （ 反相器 ） NOT 異或門 XOR 與門 AND 與非門 NAND 異或非門 XNOR 二輸入與非門 NAND2 四驅二輸入與非門 NAND2X4 微電子中心 電子設計自動化基礎 6 D型觸發(fā)器 第 1章 緒論 一、背景知識 C LK D 邏輯功能： （ 1）置 ’ 1‘ （ 2）置 ’ 0‘ C L KD Q 微電子中心 電子設計自動化基礎 7 D型觸發(fā)器 第 1章 緒論 一、背景知識 C L K D C L K D 39。 D 1 39。39。 1 0 1 0 1 39。39。 Q 1 39。 39。 D 2 39。 39。 Q 2 39。C L KD1 Q1 D2 Q2 微電子中心 電子設計自動化基礎 8 D型觸發(fā)器 第 1章 緒論 一、背景知識 C L K D C L K D 39。 A 39。 39。B 39。39。 1 0 0 1 0 1 39。說明 : 1） Launch觸發(fā)器和 Capture觸發(fā)器 2）流水 pipeline 3）可能有反饋 C LK D 微電子中心 電子設計自動化基礎 9 D型觸發(fā)器 第 1章 緒論 一、背景知識 D D D D2 ?1‘ 1 0 0 C L KD2 D1 D0 D2D1D0 D1 ?0‘ D0 ?0‘ Q2Q1Q0 4 3 4 3 4 X 4 3 4 3 微電子中心 電子設計自動化基礎 10 D型觸發(fā)器 第 1章 緒論 一、背景知識 D D D D D D D D D D D D 8 DA DB QA QB A 7 B 8 ADD CLB 1A 7 畫出上圖的完整波形圖 ? 微電子中心 電子設計自動化基礎 11 D型觸發(fā)器 第 1章 緒論 一、背景知識 為什么集成電路不可能做得無限快？ D D D D D D D D D D D D ADD 微電子中心 電子設計自動化基礎 12 第 1章 緒論 一、背景知識 二、電子設計自動化和硬件描述語言 三、使用硬件描述語言設計數字系統(tǒng)的流程 四、常見 EDA工具介紹 五、本課程的主要內容 微電子中心 電子設計自動化基礎 13 數字系統(tǒng)設計方法的改變 第 1章 緒論 二、電子設計自動化和硬件描述語言 （ 1）傳統(tǒng)設計方法 根據觸發(fā)器， 求驅動方程、輸出方程 ????????1200112DQDQD21C ?Library 微電子中心 電子設計自動化基礎 14 第 1章 緒論 二、電子設計自動化和硬件描述語言 （ 1）傳統(tǒng)設計方法 2）手工布線 1）設計周期長，得到門級描述 3）工藝相關性 數字系統(tǒng)設計方法的改變 CLKD 臺機電S 假設從零開始設計制作芯片 ??? 微電子中心 電子設計自動化基礎 15 第 1章 緒論 二、電子設計自動化和硬件描述語言 （ 2） Modern設計方法 數字系統(tǒng)設計方法的改變 CLKD CLKD Synthesis Place ＆ Route 微電子中心 電子設計自動化基礎 16 第 1章 緒論 二、電子設計自動化和硬件描述語言 （ 2） Modern設計方法 數字系統(tǒng)設計方法的改變 為什么要用 HDL來設計數字系統(tǒng)？ A、電路的邏輯功能容易理解； B、把邏輯設計與具體電路的實現分成兩個獨立的階段； C、邏輯設計與實現的工藝無關； D、邏輯設計的資源積累可以重復利用； 微電子中心 電子設計自動化基礎 17 第 1章 緒論 二、電子設計自動化和硬件描述語言 （ 2） Modern設計方法 數字系統(tǒng)設計方法的改變 電子設計自動化 : EDA（ Electronic Design Automation），是借助計算機的高性能，輔助完成電路設計的一種方法學。 硬件描述語言 : HDL（ Hardware Description Language），是一種用形式化方法來描述數字電路和系統(tǒng)， 具有時間概念的 并行編程語言。 微電子中心 電子設計自動化基礎 18 第 1章 緒論 二、電子設計自動化和硬件描述語言 （ 2） Modern設計方法 數字系統(tǒng)設計方法的改變 綜合： 通過工具把用 HDL描述的模塊自動轉換為用門級電路網表表示的模塊的過程。 布局布線 ： 把 門級網表通過布局布線工具，使其與具體的某種 FPGA或某種 ASIC工藝庫器件對應起來，并加以連接的過程。 微電子中心 電子設計自動化基礎 19 第 1章 緒論 二、電子設計自動化和硬件描述語言 （ 2） Modern設計方法 數字系統(tǒng)設計方法的改變 電子設計 自動化 的理解 ： 關鍵點是寫出高質量的 HDL描述。 微電子中心 電子設計自動化基礎 20 第 1章 緒論 二、電子設計自動化和硬件描述語言 常見的 HDL 1） Verilog HDL （ IEEE13641995） 2） VHDL－－ VHSIC HDL（ IEEE11641987） 3） AHDL－－ Altera HDL 4） ABEL HDL－－（ Lattice ） Advanced Boolean Equation Language 微電子中心 電子設計自動化基礎 21 第 1章 緒論 二、電子設計自動化和硬件描述語言 常見的 HDL VHDL 比 VerilogHDL早幾年成為 I EEE標準； 語法 /結構比較嚴格 ， 因而編寫出的 模塊風格 比較清晰； 比較適合由較多的設計人員合作完成 的特大型項目 （ 一百萬門以上 ） 。 微電子中心 電子設計自動化基礎 22 第 1章 緒論 二、電子設計自動化和硬件描述語言 常見的 HDL Verilog HDL 較多的第三方工具的支持 語法結構比 VHDL簡單 較易測試 微電子中心 電子設計自動化基礎 23 第 1章 緒論 二、電子設計自動化和硬件描述語言 常見的 HDL Verilog HDL的發(fā)展歷史 Verilog HDL 公開發(fā)表 CADENCE 公司 購買 Verilog 版權 1990 1989 1980‘s VerilogXL 誕生 模擬和數字都適用的 Verilog 標準公開發(fā)表 VerilogIEEE1364 1995 標準公開發(fā)表 有關 VerilogHDL 的全部權利都移交給 OVI （ Open Verilog International) 1995 Verilog HDL的發(fā)展歷史 2022 1999 Verilog IEEE1364 2022 標準公開發(fā)表 1990 微電子中心 電子設計自動化基礎 24 Verilog的使用領域 ?在各種抽象層次上描述數字電路 庫模型的設計：可以用于描述 ASIC 和 FPGA的 Cell和Macro Cell。 ?設計出正確有效的復雜電路結構 ASIC 和 FPGA設計師可用它來編寫可綜合的代碼 。 ?測試各種層次數字電路的行為 驗證工程師編寫各種層次的測試模塊對具體電路設計工程師所設計的模塊進行全面細致的驗證 。 第 1章 緒論 二、電子設計自動化和硬件描述語言 微電子中心 電子設計自動化基礎 25 但與 C 語言有根本的區(qū)別： 并行性 塊的含義： initial 塊 和 always塊 兩種賦值語句： 阻塞 賦值 “ = ” 非阻塞賦值 “ 〈 = ” 第 1章 緒論 二、電子設計自動化和硬件描述語言 Verilog與 C 的主要不同點 Verilog 有許多語法規(guī)則與 C 語言一致。 微電子中心 電子設計自動化基礎 26 第 1章 緒論 一、背景知識 二、電子設計自動化和硬件描述語言 三、使用硬件描述語言設計數字系統(tǒng)的流程 四、常見 EDA工具介紹 五、本課程的主要內容 微電子中心 電子設計自動化基礎 27 系統(tǒng)級設計 模塊 A 模塊 B 模塊 C 模塊 A1 模塊 A3 模塊 A2 模塊 C1 模塊 C3 模塊 C2 模塊 B2 模塊 B1 TopDown設計思想 第 1章 緒論 三、使用硬件描述語言設計數字系統(tǒng)的流程 微電子中心 電子設計自動化基礎 28 用 EDA工具設計數字系統(tǒng)的流程 第 1章 緒論 三、使用硬件描述語言設計數字系統(tǒng)的流程 電 路 圖 設 計 文 件 HDL 設 計 文 件 電路功能仿真 HDL功能仿真 HDL綜合 確定實現電路 的具體庫名 布 線 后 門 級 仿 真 與 實 現 邏 輯 的 物 理 器 件 有 關 的 工 藝 技 術 文 件 優(yōu) 化 、布 局 布 線 電路制造工藝文件 或 FPGA碼流文件 有問題 沒問題 沒問題 沒問題 有問題 有問題 沒問題 微電子中心 電子設計自動化基礎 29 第 1章 緒論 一、背景知識 二、電子設計自動化和硬件描述語言 三、使用硬件描述語言設計數字系統(tǒng)的流程 四、常見 EDA工具介紹 五、本課程的主要內容 微電子中心 電子設計自動化基礎 30 模擬仿真工具 （ 1） Cadence公司的 VerilogXL,NCVerilog, NCVHDL, NCSIM （ 2） Synopsys公司的 VCS （ 3） Mentor子公司 Model Tech的 Modelsim （ 4） Aldec公司： Active HDL 第 1章 緒論 四、常見 EDA工具介紹 微電子中心 電子設計自動化基礎 31 邏輯綜合工具 （ 1）