【正文】 微電子中心 電子設(shè)計自動化基礎(chǔ) 1 電子設(shè)計自動化基礎(chǔ) 王晨旭 微電子中心 電子設(shè)計自動化基礎(chǔ) 2 先修課程 數(shù)字邏輯電路 計算機原理 C語言基礎(chǔ) 微電子中心 電子設(shè)計自動化基礎(chǔ) 3 參考文獻 夏宇聞編著， Verilog數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計教程，北航 褚振勇等編著， FPGA設(shè)計及應(yīng)用，西電 微電子中心 電子設(shè)計自動化基礎(chǔ) 4 第 1章 緒論 一、背景知識 二、電子設(shè)計自動化和硬件描述語言 三、使用硬件描述語言設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)的流程 四、常見 EDA工具介紹 五、本課程的主要內(nèi)容 微電子中心 電子設(shè)計自動化基礎(chǔ) 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(qū)二輸入與非門 NAND2X4 微電子中心 電子設(shè)計自動化基礎(chǔ) 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(shè)計自動化基礎(chǔ) 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(shè)計自動化基礎(chǔ) 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(shè)計自動化基礎(chǔ) 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(shè)計自動化基礎(chǔ) 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(shè)計自動化基礎(chǔ) 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(shè)計自動化基礎(chǔ) 12 第 1章 緒論 一、背景知識 二、電子設(shè)計自動化和硬件描述語言 三、使用硬件描述語言設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)的流程 四、常見 EDA工具介紹 五、本課程的主要內(nèi)容 微電子中心 電子設(shè)計自動化基礎(chǔ) 13 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法的改變 第 1章 緒論 二、電子設(shè)計自動化和硬件描述語言 （ 1）傳統(tǒng)設(shè)計方法 根據(jù)觸發(fā)器， 求驅(qū)動方程、輸出方程 ????????1200112DQDQD21C ?Library 微電子中心 電子設(shè)計自動化基礎(chǔ) 14 第 1章 緒論 二、電子設(shè)計自動化和硬件描述語言 （ 1）傳統(tǒng)設(shè)計方法 2）手工布線 1）設(shè)計周期長，得到門級描述 3）工藝相關(guān)性 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法的改變 CLKD 臺機電S 假設(shè)從零開始設(shè)計制作芯片 ??? 微電子中心 電子設(shè)計自動化基礎(chǔ) 15 第 1章 緒論 二、電子設(shè)計自動化和硬件描述語言 （ 2） Modern設(shè)計方法 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法的改變 CLKD CLKD Synthesis Place ＆ Route 微電子中心 電子設(shè)計自動化基礎(chǔ) 16 第 1章 緒論 二、電子設(shè)計自動化和硬件描述語言 （ 2） Modern設(shè)計方法 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法的改變 為什么要用 HDL來設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)？ A、電路的邏輯功能容易理解； B、把邏輯設(shè)計與具體電路的實現(xiàn)分成兩個獨立的階段； C、邏輯設(shè)計與實現(xiàn)的工藝無關(guān)； D、邏輯設(shè)計的資源積累可以重復(fù)利用； 微電子中心 電子設(shè)計自動化基礎(chǔ) 17 第 1章 緒論 二、電子設(shè)計自動化和硬件描述語言 （ 2） Modern設(shè)計方法 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法的改變 電子設(shè)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(shè)計的一種方法學(xué)。 硬件描述語言 : HDL（ Hardware Description Language），是一種用形式化方法來描述數(shù)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(shè)計自動化基礎(chǔ) 18 第 1章 緒論 二、電子設(shè)計自動化和硬件描述語言 （ 2） Modern設(shè)計方法 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法的改變 綜合： 通過工具把用 HDL描述的模塊自動轉(zhuǎn)換為用門級電路網(wǎng)表表示的模塊的過程。 布局布線 ： 把 門級網(wǎng)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(yīng)起來，并加以連接的過程。 微電子中心 電子設(shè)計自動化基礎(chǔ) 19 第 1章 緒論 二、電子設(shè)計自動化和硬件描述語言 （ 2） Modern設(shè)計方法 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法的改變 電子設(shè)計 自動化 的理解 ： 關(guān)鍵點是寫出高質(zhì)量的 HDL描述。 微電子中心 電子設(shè)計自動化基礎(chǔ) 20 第 1章 緒論 二、電子設(shè)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(shè)計自動化基礎(chǔ) 21 第 1章 緒論 二、電子設(shè)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(jié)構(gòu)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(shè)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(shè)計自動化基礎(chǔ) 22 第 1章 緒論 二、電子設(shè)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(jié)構(gòu)比 VHDL簡單 較易測試 微電子中心 電子設(shè)計自動化基礎(chǔ) 23 第 1章 緒論 二、電子設(shè)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(quán) 1990 1989 1980‘s VerilogXL 誕生 模擬和數(shù)字都適用的 Verilog 標準公開發(fā)表 VerilogIEEE1364 1995 標準公開發(fā)表 有關(guān) VerilogHDL 的全部權(quán)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(shè)計自動化基礎(chǔ) 24 Verilog的使用領(lǐng)域 ?在各種抽象層次上描述數(shù)字電路 庫模型的設(shè)計：可以用于描述 ASIC 和 FPGA的 Cell和Macro Cell。 ?設(shè)計出正確有效的復(fù)雜電路結(jié)構(gòu) ASIC 和 FPGA設(shè)計師可用它來編寫可綜合的代碼 。 ?測試各種層次數(shù)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(shè)計工程師所設(shè)計的模塊進行全面細致的驗證 。 第 1章 緒論 二、電子設(shè)計自動化和硬件描述語言 微電子中心 電子設(shè)計自動化基礎(chǔ) 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(shè)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(shè)計自動化基礎(chǔ) 26 第 1章 緒論 一、背景知識 二、電子設(shè)計自動化和硬件描述語言 三、使用硬件描述語言設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)的流程 四、常見 EDA工具介紹 五、本課程的主要內(nèi)容 微電子中心 電子設(shè)計自動化基礎(chǔ) 27 系統(tǒng)級設(shè)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(shè)計思想 第 1章 緒論 三、使用硬件描述語言設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)的流程 微電子中心 電子設(shè)計自動化基礎(chǔ) 28 用 EDA工具設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)的流程 第 1章 緒論 三、使用硬件描述語言設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)的流程 電 路 圖 設(shè) 計 文 件 HDL 設(shè) 計 文 件 電路功能仿真 HDL功能仿真 HDL綜合 確定實現(xiàn)電路 的具體庫名 布 線 后 門 級 仿 真 與 實 現(xiàn) 邏 輯 的 物 理 器 件 有 關(guān) 的 工 藝 技 術(shù) 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(shè)計自動化基礎(chǔ) 29 第 1章 緒論 一、背景知識 二、電子設(shè)計自動化和硬件描述語言 三、使用硬件描述語言設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)的流程 四、常見 EDA工具介紹 五、本課程的主要內(nèi)容 微電子中心 電子設(shè)計自動化基礎(chǔ) 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(shè)計自動化基礎(chǔ) 31 邏輯綜合工具 （ 1）