可编程逻辑器件和IP核.ppt

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1、嵌入式系统结构与设计基础第2讲合肥工业大学计算机与信息学院史久根第2章可编程逻辑器件和IP核本章主要授课内容集成电路的制造流程电子设计自动化可编程逻辑器件FPGA/CPLDFPGA应用举例硅知识产权核（IP核）片上总线低功耗设计原理9/20/20212合肥工业大学计算机与信息学院2.1集成电路制造流程简介集成电路厂所生产的产品实际上包括两大部分：晶圆切片（die,也简称为晶圆）和超大规模集成电路芯片（chip,可简称为芯片）。晶圆切片是一片像镜子一样的光滑圆形薄片，是供其后芯片生产工序深加工的原材料。一个晶

2、圆上可以印刷多个裸晶的电路版图芯片制造完毕后从一个晶圆上切割出许多裸晶对单个裸晶进行测试得到质量合格的成品裸晶将裸晶进行封装就得到芯片芯片经过严格的测试就获得了成品芯片9/20/20213合肥工业大学计算机与信息学院芯片制造基本流程图解9/20/20214合肥工业大学计算机与信息学院芯片原材料—硅锭硅锭是生产芯片的原材料9/20/20215合肥工业大学计算机与信息学院硅锭切片—晶圆9/20/20216合肥工业大学计算机与信息学院将晶圆切割成裸晶一个晶圆片上再切割成许多裸晶（也叫管芯）9/20/20217合肥

3、工业大学计算机与信息学院裸晶上印制版图右边给出了裸晶的实例照片。注意四周是引脚。9/20/20218合肥工业大学计算机与信息学院处理器芯片的版图照片之一Sun公司的UltraSparcIV+处理器版图9/20/20219合肥工业大学计算机与信息学院处理器芯片的版图照片之二AMD公司的64位双核处理器Opteron9/20/202110合肥工业大学计算机与信息学院处理器芯片的版图照片之三Intel公司的Itanium2处理器代号Madison9/20/202111合肥工业大学计算机与信息学院多个裸晶可以封装在

4、一个芯片内双CPU核的芯片结构9/20/202112合肥工业大学计算机与信息学院2.2电子设计自动化电子设计自动化ElectronicDesignAutomation，EDAEDA是先进的电子系统设计方法和开发工具EDA以计算机为主要工具，对使用硬件描述语言（HDL，HardwareDescriptionLanguage）为描述手段完成的数字系统设计文件，自动地完成逻辑编译、逻辑综合、结构综合（布局布线），以及逻辑优化和仿真测试，直至实现既定的电子系统功能。9/20/202113合肥工业大学计算机与信息学院

5、EDA目标利用EDA技术进行电子系统设计，最后实现的目标电路有3种类型。①全定制或半定制专用集成电路ASIC：ApplicationSpecificIntegratedCircuits②FPGA/CPLD（或称可编程ASIC）开发应用③印制电路板PCB，PrintedCircuitBoard9/20/202114合肥工业大学计算机与信息学院数字系统硬件抽象模型设计层次行为域结构域物理域系统级自然语言描述的系统功能，部件功能描述部件及它们之间连接的方框图芯片、模块、电路板以及子系统的物理划分。芯片级算法硬件模

6、块、数据结构的互连体部件之间的物理连接寄存器级（RTL）数据流图、状态机、状态转移表。ALU、MUX、寄存器、BUS、微定序器、微存储器等。宏单元逻辑级（门级）布尔方程、卡诺图、Z变换门电路、触发器、锁存器等元件构成的电路。标准单元布图电路级电流、电压的微分方程晶体管、电阻、电容、电感等晶体管布图9/20/202115合肥工业大学计算机与信息学院ASIC设计流程9/20/202116合肥工业大学计算机与信息学院自顶向下法的ASIC设计方法第1步概念设计第2步系统架构设计与软硬件划分第3步行为级描述第4步构建

7、模块与接口第5步功能仿真第6步逻辑综合与优化第7步布局布线设计第8步时序仿真第9步适配和验证第10步硬件测试9/20/202117合肥工业大学计算机与信息学院硬件描述语言主流的HDL有VHDL、Verilog、SystemC、Superlog和SystemVerilog等。下面分别介绍9/20/202118合肥工业大学计算机与信息学院VHDLVHDL的英文全称为：VeryHigh-SpeedHardwareDescreptionLanguage。它是1985年在美国国防部支持下推出的。1987年由IEEE（

8、电气电子工程师协会，InstituteofElectricalandElectronicsEngineers）将VHDL制定为标准。参考手册为IEEEVHDL语言参考手册标准草案1076/B版，于1987年批准，称为IEEE1076-1987。1993年和1997年IEEE又对VHDL标准进行了修订。9/20/202119合肥工业大学计算机与信息学院VerilogVerilogHDL是在1983年由GDA（Gat