【文章內容簡介】 d a b c d 狀態(tài) a=00 b=01 c=10 d=11 大連交通大學信息工程學院 2021 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 5 EDA 技術概述 EDA 是 電子設計自動化 （ Electronic Design Automation）的縮寫，在 20 世紀 90 年代初從 計算機輔助設計 （ CAD）、 計算機輔助制造 （ CAM）、 計算機輔助測試 （ CAT）和 計算機輔助工程 （ CAE）的概念發(fā)展而來的。 EDA 技術的概述 20 世紀 90 年代，國際上電子和計算機技術較先進的國家，一直在積極探索新的電子電路設 計方法，并在設計方法、工具等方面進行了徹底的變革，取得了巨大成功。在電子技術設計領域，可編程邏輯器件（如 CPLD、 FPGA）的應用，已得到廣泛的普及，這些器件為 數(shù)字系統(tǒng) 的設計帶來了極大的靈活性。這些器件可以通過軟件編程而對其硬件結構和工作方式進行重構，從 而使得硬件的設計可以如同軟件設計那樣方便快捷。這一切極大地改變了傳統(tǒng)的 數(shù)字系統(tǒng)設計 方法、設計過程和設計觀念，促進了 EDA 技術的迅速發(fā)展。 EDA 技術就是以計算機為工具，設計者在 EDA 軟件平臺上，用硬件描述語言 VHDL完成設計文件，然后由計算機自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至對于特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。 EDA技術的出現(xiàn)， 極大地提高了電路設計的效率和可操作性，減輕了設計者的勞動強度。利用 EDA 工具，電子 設計師 可以從概念、算法、協(xié)議等開始設計 電子系統(tǒng) ，大量工作可以通過計算機完成，并可以將電子產品從電路設計、性能分析到設計出 IC 版圖或 PCB版圖的整個過程的計算機上自動處理 完成 [5]。 EDA 技術的發(fā)展趨勢 現(xiàn)在對 EDA 的概念或范疇用得很寬。包括在機械、電子、通信、航空航天、化工、礦產、生物、醫(yī)學、軍事等各個領域，都有 EDA 的應用。目前 EDA 技術已在各大公司、企事業(yè)單位和科研教學部門廣泛使用。例如在飛機制造過程中，從設計、性能測試及特性分析直到飛行模擬，都可能涉及到 EDA 技術。本文所指的 EDA 技術，主要針對電子電路設計、 PCB 設計和 IC 設計 [6]。 EDA 在通信行業(yè)（電信）里的另一個解釋是企業(yè)數(shù)據(jù)架構， EDA 給出了一個企業(yè)級的數(shù)據(jù)架構的總體視圖，并按照電信企業(yè)的 特征，進行了框架和層級的劃分。 EDA是 電子設計自動化 （ Electronic Design Automation）的縮寫，在 20 世紀 60 年代中期從 計算機輔助設計 （ CAD）、 計算機輔助制造 （ CAM）、 計算機輔助測試 （ CAT）和 計算機輔助工程 （ CAE）的概念發(fā)展而來的。 EDA 設計方法及工具軟件 (1) 前端設計 (系統(tǒng)建模 RTL 級描述 )后端設計 (FPGAASIC)系統(tǒng) 建模 。 (2) IP 復用 。 (3) 前端設計 。 (4) 系統(tǒng)描述：建立系統(tǒng)的數(shù)學模型。 大連交通大學信息工程學院 2021 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 6 (5) 功能描述：描述系統(tǒng)的行為或各子模塊之間的數(shù)據(jù)流圖。 (6) 邏輯設計：將系統(tǒng)功能結構化，通常以文本、原理圖、邏輯圖、 布爾表達式 來表示設計結果。 (7) 仿真：包括功能仿真和時序仿真，主要驗證系統(tǒng)功能的正確性及時序特性。 EDA 工具軟件可大致分為芯片設計輔 助軟件、可編程芯片輔助設計軟件、系統(tǒng)設計輔助軟件等三類。 目前進入我國并具有廣泛影響的 EDA 軟件是系統(tǒng)設計軟件輔助類和可編程芯片輔助設計軟件： Protel、 PSPICE、 multiSIM10（原 EWB 的最新版本）、 OrCAD、 PCAD、LSIIogic、 MicroSim、 ISE、 modeIsim、 Matlab 等等。這些工具都有較強的功能，一般可用于幾個方面，例如很多軟件都可以進行電路設計與仿真，同進還可以進行 PCB 自動布局布線，可輸出多種網表文件與第三方軟件接口。 VHDL 語言的介紹 VHDL 語言 介紹 VHDL 全名 是 veryhighspeed integrated circuit hardware description language，誕生與 1982 年。 1987 年底 VHDL 被 IEEE 和美國國防部確認為標準硬件描述語言。自 IEEE發(fā)布了 VHDL 標準版本后，各 EDA 公司相繼推出了自己的 VHDL 實際環(huán)境，或宣布自己的程序可以和 VHDL 接口。此后 VHDL 在電子設計領域得到了廣泛的接受，并逐步取代了原有的非標準的硬件描述語言。 1993 年， IEEE 對 VHDL 進行了修正，從更高的抽象層次和系統(tǒng)描述能力擴展 VHDL 的內容?，F(xiàn)在， VHDL 和 VERILOG 作為 IEEE 的工業(yè)硬件描述語言，又得到了眾多 EDA 公司的支持，在電子工程領域，已成為事實上的通用硬件描述語言。 VHDL 主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結構，行為，功能和接口。除了含有許多具有硬件特征的語句外， VHDL 的語言形式和描述風格與句法是十分類似于一般的計算機高級語言。 VHDL 的程序結構特點是將一項工程設計，或稱設計實體（可以是一個元件，一個電路模塊或一個系統(tǒng)）分成外部（或稱可是部分 ,及端口 ） 和內部（或稱不可視部分），既 涉及實體的內部功能和算法完成部分。在對一個設計實體定義了外部界面后，一旦其內部開發(fā)完成后，其他的設計就可以直接調用這個實體。這種將設計實體分成內外部分的概念是 VHDL 系統(tǒng)設計的基本點。 VHDL 語言特性、功能與特點 聯(lián)性的語法和形式雖類似與一般程序語言，但是涵蓋許多與硬件關聯(lián)的語法構造。其特有的層次性 —— 由上而下的結構 VHDL 語言可描述一個數(shù)字電路的輸入，輸出以及相互之間的行為和功能。而其硬件關式語法結構適合大型設計項目的團隊合作。在主要的系統(tǒng)結構，組件及相互間的連接方式決定以后，就能將工作分包 下去，各自獨立進行，例如使用主程序外的組件，函數(shù)以及程序內的塊程序。 （ 1）支持多種電路與多種設計方法。 VHDL 語言能夠支持自頂向下和基于庫的設計方法，支持組合邏輯電路，同步時序邏輯電路和異步時序邏輯電路等電路的設計，大大連交通大學信息工程學院 2021 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 7 多數(shù) EDA 工具都支持 VHDL 語言。 （ 2）支持硬件電路的層次化描述。 VHDL 語言具有支持多層次描述系統(tǒng)硬件功能的能力，可以從系統(tǒng)的行為功能（數(shù)學模型）直到門級電路逐層進行描述。另外，高層次的行為描述可以與底層次的寄存器描述和結構描述混合使用。 （ 3）能實現(xiàn)與工藝無關編程。采用 VHDL 語言設計 硬件電路時，當門級或門級以上層次的描述通過仿真檢驗以后，再用相應的工具將設計映射成不同的工藝。在工藝更新時無須原設計程序，只需改變相應的映射工具。由此可見，修改電路和修改工藝相互之間不會產生影響。 （ 4）易于共享和復用。作為 IEEE 標準的 VHDL 語言，語法嚴格，設計成果便于復用和交流。一個大規(guī)模的數(shù)字系統(tǒng)設計不可能從門級電路開始逐步進行設計，而是一些模塊電路的有機疊加。這些模塊電路可以預先設計或者使用以前設計中的存檔模塊。這些模塊電路可以采用 VHDL 語言進行描述且存放于庫中，便于在以后設計中復用。這樣可以減 小數(shù)字系統(tǒng)設計的工作量，縮短開發(fā)周期 [7]。 EDA 工具 QUARTUSⅡ QUARTUSⅡ 的簡介 QuartusⅡ 是 Altera 公司提供的可編程邏輯器件的集成開發(fā)軟件，是該公司前一代可編程邏輯器件的集成開發(fā)軟件 MAX+plus Ⅱ 的更新?lián)Q代產品。 Quartus Ⅱ 集成開發(fā)軟件支持可編程邏輯器件開發(fā)的整個過程，它提供一種與器件結構無關的設計環(huán)境，使設計者能方便地進行設計輸入、設計處理和器件編程。 Quartus Ⅱ 集成開發(fā)軟件適合多種平臺的工作環(huán)境，其中包括 PC 機的 Microsoft Windows XP。它支持更多種類的可編程邏輯器件的開發(fā)，同時也提供在片可編程系統(tǒng)（ System on a Programmable Chip， SOPC）設計的綜合性環(huán)境和基本設計工具。另外， QuartusⅡ 集成開發(fā)軟件也可以利用第三方軟件的結果，并支持第三方軟件的工作。為加快應用系統(tǒng)的開發(fā)， QuartusⅡ 集成開發(fā)軟件提供更多的知識產權模塊（ Intellectual Property， IP）。知識產權模塊（ IP）是一些預先設計好的電路功能模塊，在設計中使用這些模塊不僅可以加快設計進程，而且還可以提高系統(tǒng)性能 。 QuartusⅡ 集成開發(fā)軟件的核心是模塊化的編譯器。編譯器包括的功能模塊有分析 /綜合器（ Analysis amp。 Synthesis）、適配器（ Fitter）、裝配器（ Assembler）、時序分析器（ Timing Analyzer）、設計輔助模塊（ Design Assistant）以及 EDA 網表文件生成器（ EDA Netlist Writer）等。可編程邏輯器件開發(fā)的所有過程為：設計輸入、綜合、布局和布線、驗證和仿真以及可編程邏輯器件的編程或配置。 QuartusⅡ 集成開發(fā)軟件允許用戶在開發(fā)過程中使用 QuartusⅡ 圖形用戶界面、 EDA 工具界面和命令行界面。用戶可以在整個開發(fā)過程中使用這些界面中的任意一個，也可以在開發(fā)過程中的不同步驟使用不同的界面。 作為一種電子設計自動化（ EDA）的工具， QuartusⅡ 可編程邏輯器件的集成開發(fā)軟件支持可編程邏輯器件開發(fā)的全過程。這個過程包括以下步驟：創(chuàng)建工程，工程用來組大連交通大學信息工程學院 2021 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 8 織整個可編程邏輯器件開發(fā)的過程；設計輸入，本章介紹利用硬件描述語言通過文本編輯的方法完成電路設計；設計編譯，把設計輸入轉換為支持可編程邏輯器件編程的文件格式；設計仿真，該步驟用來檢查設計是否滿足邏輯要求；器件 編程，使得可編程邏輯具有所要求的邏輯功能。 QUARTUSⅡ 的應用 簡介 （ 1）創(chuàng)建工