EDA技术概况

eda概况
1.1eda发展阶段
1.早期电子cad阶段
20世纪70年代,eda技术发展初期,利用计算机,二维图形编辑与分析的cad工具,完成布局布线等高度重复性的繁杂工作。
2.20世纪80年代,出现了低密度的可编程逻辑器件(pal_programmable array logic和gal_generic array logic),相应的eda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。
3.电子设计自动化(eda)阶段
20世纪90年代,可编程逻辑器件迅速发展,出现功能强大的全线eda工具。具有较强抽象描述能力的硬件描述语言(vhdl,verilog hdl)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系统级电子产品开发 (soc_system on a chip:单片系统,或片上系统集成)
开始实现“概念驱动工程”(concept driver engineering cde)
eda的定义
广义范围:
半导体工艺设计自动化
可编程器件设计自动化
电子系统设计自动化
印刷电路板设计自动化
仿真与测试,故障诊断自动化
形式验证自动化
狭义范围:
以大规模可编程逻辑器件为设计载体,以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式,以计算机,大规模可编程器件的开发软件及实验开发系统为设计工具,自动完成用软件方式描述的电子系统到硬件系统的逻辑编译,逻辑化简,逻辑分割,逻辑综合及优化,布局布线,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,编程下载等工作,最终形成专用集成芯片的技术。
1.2 传统设计方法和eda方法的区别
传统设计方法的缺点:
*1.设计依赖于手工和经验
*2.设计依赖于现有的通用元器件
*3 设计后期的仿真和调试
*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
eda 设计方法:
自上而下(top-down)
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,则还需要将子系统进一步分解为更小的子系统和模块,层层分解,直至各子系统关系合理,并便于逻辑电路级的设计和实现为止。
传统设计方法与eda方法的区别:
*1 描述方式不同
传统设计方法采用电路图为主,eda设计方法以硬件描述语言为主
*2 设计手段不同
传统设计方法以手工设计为主;eda为自动实现。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eda工具一体化完成。传统设计方法基于电路板,eda基于芯片。
可编程逻辑器件 -->芯片设计 -->电路板构成 -->电子系统
1.3eda技术的主要内容
实现载体:大规模可编程器件(pld_programmable logic device)
描述方式:硬件描述语言(hdl_hard descripation lauguage)vhdl,verlog hdl等
设计工具:开发软件,开发系统
硬件验证:实验开发系统
大规模可编程逻辑器件
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。
硬件描述语言hdl_hardware description language
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
able:系统级抽象描述能力差,适合于门级电路描述
eda软件
集成化的开发系统(半导体器件厂商):
altera 公司:quartus ii,max ii系列
xilinx 公司:ise,foundation,aillance系列
lattice公司 :ispdesignexpert 系列
amd:
ti:
特定功能的开发软件:综合软件和仿真软件
mentor graphics:
cadence design system
synopsys
viewlogic systems
protel
可编程逻辑器件设计流程:
cpld与fpga对比
fpga为sram工艺,掉电后信息丢失,须外加专用配置芯片。上电时,专用配置芯片把数据加载懂啊fpga中。fpga功能可在运行时动态配置,实时改变逻辑功能,灵活性强。cpld程序下载后掉电后不丢失,不需要外接配置芯片。
cpld的安全性更高。由于配置芯片的存在,fpga的保密性比cpld差,逻辑数据有可能被读取。
工艺决定里cpld是有一定的擦写次数限制的,而fpga在实际使用中几乎无配置次数的限制。
由于工艺难度的差异,cpld一般集成度较低,大多为几千门或几万门的芯片规模,做到几十万已经很困难。而fpga基于sram工艺,集成度更高,最新的fpga产品已经近千万门规模。
cpld更适合完成复杂的组合逻辑,如编,译码的工作。fpga更适合复杂的时序逻辑。fpga更适合触发器丰富的逻辑结构,cpld适合于触发器有限但与或关系丰富的逻辑结构。
cpld一般比fpga的功耗高
cpld与fpga的选择
一般组合逻辑多的电路设计采用cpld,时序控制复杂的电路采用fpga;
根据电路复杂程度,逻辑资源是否能够用进行选择,需要资源多,fpga一般更经济;
资源需求少,如仅仅扩展io,简单通信,控制,保护等,选择cpld;
信号处理,数据处理,图像处理,复杂控制电路多采用fpga。


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