数字系统的eda设计

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1、数字系统的EDA设计数字系统是指由若干数字电路和逻辑部件构成的能够处理或传送、存储数字信息的设备。数字系统通常可以分为三个部分，即系统接口、数据处理器和控制器。其中，系统接口是完成将物理量转化为数字量或将数字量转化为物理量的功能部件。例如键盘、打印机接口即是系统接口；数据处理器的逻辑功能可分解为若干个子处理单元，通常称为子系统，例如译码器、运算器等都可作为一个子系统；控制器接收外部输入信号，以及数据处理器反馈的信号，管理各个子系统的局部及整个系统按规定顺序工作。一般情况下，系统接口、数据处理器由组合电路时序电路构成；控制器由同步时序电路构成。数字系统结构框

2、图如图6-1所示。图6-1数字系统结构框图其中：•控制器部分：是数字电子系统的核心部分。它由记录当前逻辑状态的时序电路和进行逻辑运算的组合电路组成。根据控制器的外部输入信号、执行部分送回的反馈信号以及控制部分的当前状态控制逻辑运算的进程，并向执行部分和系统外部发送控制命令。•数据处理器部分：由组合电路和时序电路组成。它接受控制命令，执行相应的动作。同时，还要将自身的状态反馈给摔制部分。逻辑功能可分解为若干个子处理单元，通常称为子系统，例如译码器、运算器等都可作为一个子系统。该部分的输入信号：控制部分的外部输入信号，作为控制部分的参数或控制；输出信号：由控制

3、部分产生的送到外部的控制信号；反馈信号：由执行部分产生，反映执行部分状态的信号；输入数据：送到数字系统的待处理数据；输出数据：由数字系统处理过的输出到外部的数据。•时钟：为整个系统提供时钟、同步信号。•输入接口电路：为系统的输入信号提供预处理功能。•输出接口电路；输出系统的各类信号、信息。由图6-1可知，控制器接收外输入和处理器的各个子系统的反馈输人，然后综合为各种控制信号，分别控制各个子系统在定时信号到来时完成某种操作，并向外输出控制信号。有没有控制器是区别功能部件(数字单元电路)和数字系统的标志。凡是有控制器，且能按照一定程序进行数据处理的系统，不论其

4、规模大小，均称之为数字系统：否则，只能是功能部件或是数字系统中的子系统。现在的数字系统设计已经逐渐向片上系统（SystemonChip）发展。从芯片的功能和规模来讲，一个芯片就是一个完整的数字电子系统，也称之为系统芯片。在数字电子技术领域中，“系统芯片”的基本定义是：这种芯片含有一个或多个主要功能块(CPU核心，数字信号处理器核心和其他的专门处理功能模块)。它还含有其他功能块，如静态RAM、ROM、EPROM、闪存或动态RAM以及通用或专用I/O功能块。尽管如此，没有两种系统芯片是完全相同的。大多数系统芯片都经过功能调整，使之专门适合指定的用途。本章将通过

5、一些数字系统开发实例说明怎样利用层次化结构的设计方法来构造大型系统。通过这些实例，逐步讲解设计任务的分解、层次化结构设计的重要性、可重复使用的库、程序包参数化的元件引用等方面的内容。把设计任务分解到可控制的规模的方法形成了层次结构。通过本章学习，不仅要学会层次化结构设计，还应体验层次化分解，这是一个项目管理者应具备的素质和才能。我们不仅培养程序设计员，也培养项目高级管理人才。这也是本书的写作目的和不懈追求的目标。6.1数字系统的EDA层次化设计方法层次化结构设计既是一种设计方法．更是一种设计思想。在用分立元件或者中、小规模集成电路进行逻辑设计时，整个电路都

6、是由许多集成电路块或者分立元件组成。设计者有意无意地都会接受—些结构化设计的思想，因为整个电路或者系统就是由许多模块组成的。但是，在用大规模集成电路进行系统设计时，所有的模块都是集成在一块大规模芯片上，系统的结构就变得不明显。特别是在用HDL语言对系统进行描述时．有的设计者只用一个ENTITY和一个ARCHITECTURE就完成对整个电路或系统的描述，没有对系统作任何的模块设计。就好像写软件一样把所有的话句都放在—个主程序中，没有任何的子程序或者函数的定义。这些都不是好的设计思想和方法。6.1.1设计的层次对于数字系统设计者来说，设计的层次可以从两个不同的

7、角度来表示，一个是结构层次一个是系统的性能层次。系统的结构层次是指系统是由一些模块组成的，模块的适当连接就构成了系统。同样，模块也可以是一些基本元件的连接来组成的；系统的性能是指系统的输出对输入的响应，而系统的响应也是系统的输入，经过系统内部模块的响应，逐渐地传递到输出，所以，系统的性能也是由系统内部模块的性能及其传递来决定的。对于一个数字系统一般来说，可以分为这样的6个层次；系统级、芯片级、寄存器级、门级、电路级、硅片级。由于系统可以分为6个层次，系统的性能描述和系统的结构组成也可以分为6个层次。表6-l表示了这几个层次之间的对应关系。硅片是结构的最底层

8、：从结构描述的角度来说，硅片上不同形状的区域代表了不同类型的电子元