数字系统设计与EDA技术 第1章 绪 论

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1、第1章绪论本章要点数字系统的相关概念数字系统的设计方法EDA技术的发展趋势输入信号输出信号状态信号控制信号输出电路控制信号输入数据输入电路数字处理电路时基电路控制电路状态信号输出数据1.1数字系统1.1.1数字系统的组成1、数字系统通常由输入电路、输出电路、控制电路、数字处理器和时基电路组成。2、数字系统的基本结构模型如图1-1所示。（1）输入电路可以由传感器、A/D（模拟/数字）转换器组成，将外界的模拟量转化成数字量形成数字信号或数据，提供给控制电路和数字处理电路。（2）输出电路可以由执行机构或显示电路组成。（3）控制电路的功能是负责规定算法的执行步骤，在进行一个计算步骤时，给数字

2、处理电路发出命令信号，同时接收来自数字处理电路的状态信号，确定下一个计算步骤，以确保算法按正确的次序实现。（4）数字处理电路由存储部件和逻辑电路组成。（5）时基电路主要由石英振荡器和分频电路组成，能够产生各种时钟信号，保证整个系统协调工作。1.1.2数字系统设计方法计算机技术的发展，带来了一种高层次的设计方法，也称为系统级的设计方法，是从系统总体出发来描述和设计的自顶向下方法。自顶向下（ToptoDown）的设计方法是在顶层设计中，把整个系统看成是包含输入输出端口的单个模块，从整个系统的功能出发，按一定原则，将系统分成若干个子系统，再将每个子系统分成若干个功能模块，进而将每个模块分成

3、若干个小的模块……。这样将系统划分为多个子功能模块，并对每个模块进行行为描述，在行为级进行验证。系统设计的首要任务是对其功能进行正确划分，是把总体任务划分成若干分任务的过程。子系统划分的依据是：（1）对所要解决的总体任务是否已全部清楚地描述出来。（2）对所要解决的问题是否有更清楚更简单的描述。（3）各子系统所承担的分任务是否清楚、明确，是否有更清楚的划分方式。（4）各子系统之间的相互关系是否明确，它们之间的控制关系是怎样的。（5）控制部件与被控制部件是否清楚、明确，它们之间的控制关系是怎样的。子系统的划分完成后，要对各个子系统进行模块分割，模块分割最能体现设计者的思想，分割合适与否，

4、对系统设计的方便性有着至关重要的影响。对模块分割的一般要求为：（1）各模块之间的逻辑关系明确。（2）各模块内部逻辑功能集中，且易于实现。（3）各模块之间的接口线尽量少。1.1.3数字系统设计流程数字系统设计可以分为系统级设计和逻辑级设计两个阶段，先进行系统级设计，再进行逻辑级设计。1．系统级设计的过程（1）明确设计要求，确定系统的输入/输出（2）确定整体设计方案（3）描述系统功能并设计算法2．逻辑级设计的过程（1）根据算法选择电路结构（2）设计验证（仿真、测试）和设计实现1.2EDA技术EDA（ElectronicDesignAutomation）技术就是电子设计自动化，用EDA技术

5、设计数字系统的实质是一种自顶向下的分层设计方法。在每一层次上，都有描述、划分、综合和验证四种类型的工作。1.2.1EDA技术发展历史EDA技术的发展历史可分为以下四个阶段：（1）计算机辅助设计（CAD）（2）计算机辅助工程设计（CAED）（3）电子设计自动化（EDA）（4）可编程片上系统（SOPC）开发1.2.2EDA技术特点与手工设计相比EDA技术有如下特点：（1）采用自顶向下设计方案（2）应用硬件描述语言（HDL）描述设计（3）能够自动完成仿真和测试（4）开发技术的标准化和规范化（5）对工程技术人员的硬件知识和经验要求低1.3EDA技术的主要内容1.3.1硬件描述语言硬件描述语言

6、（HDL）是各种描述方法中最能体现EDA优越性的描述方法。所谓硬件描述语言，实际就是一个描述工具，其描述的对象就是待设计电路系统的逻辑功能、实现该功能的算法、选用的电路结构以及其他各种约束条件等。通常要求HDL既能描述系统的行为，又能描述系统的结构。目前主要有以下两种HDL语言：Verilog-HDL和VHDL1.3.2可编程逻辑器件可编程逻辑器件（简称PLD）是一种由用户编程来实现某种逻辑功能的新型逻辑器件。它不仅速度快、集成度高，能够完成用户定义的逻辑功能外，还可以加密和重新定义编程，其允许编程次数可多达上万次。目前，PLD主要分为FPGA（现场可编程门阵列）和CPLD（复杂可编

7、程逻辑器件）两大类。FPGA和CPLD最明显的特点是高集成度、高速度和高可靠性。厂商EDA软件名称软件适用器件系列软件支持的描述方式AlteraMAX+plusⅡMAX、FLEX等逻辑图、波形图、AHDL文本、Verilog-HDL文本、VHDL文本等QuartusⅡMAX、FLEX、APEX等XilinxAllianceXilinx各种系列逻辑图、VHDL文本等FoundationXC系列LatticeSynarioMACHGAL、ispLSI、pLSI