诛仙ＥＤＡ技术在数字系统中的应用 |
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| 本文作者： 薛延侠， 刘雁飞， XUE Yan-xia， LIU Yan-fei 2008年1月西安邮电学院学报Jan．2008第13卷第1期JOURNALOFXI’ANUNIⅥ浆SITYOFPOSTANDTELECOMMUNICATIONSV01．13No．1薛延侠，刘雁飞(西安邮电学院电子与信息工程系，陕西西安710121)摘要：4k绍EDA技术的基本特征、发展趋势和设计方法，通过设计一个简单的循环彩灯电路，体现数字系统的硬件设计向软件化方向发展的新思路，阐述了玩家爽EDA技术在数字系统中的重要地位和作用。关键词：EI)A技术数字系统自顶向下VHDL语言中图分类号：G434文献标识码：A文章编号：10073264(2008)01016904随着集成电路和计算机技术的飞速发展，数字系统也得到了飞速发展，电子器件经历了从小规模集成电路(SsI)、中规模集成电路(MSI)到大规模集成电路(LSI)以至超大规模集成电路(VLSI)的发展j从简单可编程器件到高密度可编程器件的发展历程。设计方法也发生了根本的转变，由传统的搭积木式的‘'Bottomup”(自底向上)手工设计到现在的基于芯片的"Topdown”(自顶向下)电子设计自动化(EDA)设计。EDA技术的发展给电子系统的设计带来了革命性的变化，也成为其发展的必然。 EDA技术的发展和基本特征EDA(ElectronicDesignAutomation)即电子设计自动化技术，是指以计算机为工作平台，融合应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制成的电子CAD通用软件包，主要能辅助进行三方面的设计工作，即IC设计、电子电路设计和PCB设计。1．1EDA技术的发展EDA技术是伴随着计算机、集成电路、电子系统设计的发展，经历了计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工程设计(CAE)和电子系统设计自动化(EDA)三个发展阶段。20世纪70年代为CAD阶段，这一阶段人们开始用计算机辅助进行IC版图编辑和PCB布局布线，取代了手工操作。 80年代为CAE阶段，与CAD相比，除了纯粹的图形绘制功能外，又增加了电路功能设计和结构设计，并通过电气连接网表将两者结合在一起，以实现工程设计。 90年代为电子设计自动化EDA阶段。数字系统中的EDA技术就是以计算机为工作平台，以EDA软件工具为开发环境，以硬件描述语言为设计语言，以可编程器件为载体，以ASIC、SOC芯片为目标器件，以电子系统设计为应用方向的电子产品自动化设计技术。高级语言描述、系统级仿真和综合技术的出现，使设计者开始实现“概念驱动工程”的梦想。利用EDA工具，电子设计者可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量的辅助设计工作可以在计算机上由软件进行处理，而把精力集中于创造性的方案与概念构思上，得到设计结果，修改设计如同修改软件一样方便，设计者可以预知设计结果，减少设计的盲目性，极大地提高了系统设计的效率，缩短了产品的研制周期。1．2EDA技术的基本特征EI)A技术的基本特征是采用高级语言描述，具有系统级仿真和综合能力，开放式的设计环境，开发技术的标准化和规范化，丰富的元件模型库。它采用“自顶向下”的设计方法，使开发者从一开始就要考虑到产品生成周期的诸多方面，包括质量、成本、收稿日期：20070510作者简介：薛延侠(1970一)，女，陕西韩城人，西安邮电学院电子与信息工程系讲师刘雁飞(1971一)，女，河南南阳人，西安邮电学院电子与信息工程系工程师。?170?西安邮电学院学报2008年1月开发时间及用户的需求等等。 然后从系统级设计人手，在顶层进行功能方框图的划分和结构设计，在方框图～级进行仿真、纠错，并用VHDL、VerilogHDL等硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述，在功能一级进行验证，最后再用逻辑综合优化工具生成具体的门级逻辑电路的网表，其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路。与传统的基于标准逻辑器件的“Bottomup”(自底向上)数字系统设计方法相比，EDA技术具有以下的特点：(1)硬件电路的软件设计方式。设计输入可以是原理图、硬件描述语言等，下载配置前的整个过程几乎不涉及任何硬件，而硬件设计的修改如同修改软件程序一样方便快捷，即通过软件设计方式的测试，实现对特定硬件电路的设计(2)自动完成仿真和测试。EDA技术根据设计输入文件，自动进行逻辑编译、化简、综合、仿真、优化、布局、布线、适配及下载编程以生成目标系统，即将产品从电路功能仿真、性能分析、优化设计到结果测试的全过程在计算机上自动处理完成(3)开发技术的标准化和规范化。 EDA技术的设计语言是标准化的，开发工具也是规范化的，所以EDA软件平台可以支持任何标准化的设计语言，其设计成果具有通用性、可移植性和可测试性，为高效高质的系统开发提供了可靠保证。(4)集成度更高，可构建片上系统(5)目标系统可现场编程，在线升级(6)对工程技术人员的硬件知识和经验要求低。EDA技术的标准化、硬件描述语言和开发平台对具体硬件的无关性，使设计者能将自己的才智和创造力集中在设计项目性能的提高和成本的降低上，而将具体的硬件实现工作让EDA软件来完成。(7)开发周期短，设计成本低，设计灵活性高，易于修改。2EDA技术的设计流程EDA技术是将传统的“电路设计硬件搭试调试焊接”模式变为“功能设计软件模拟编程下载”方式，设计人员只需一台微机和相应的开发工具即可研制出各种功能电路。 EDA技术的设计流程如图1。图1E传奇DA技术的设计流程3EDA技术的应用下面以基于Alter公司的可编程器件EPM7128和MAX+plusII软件平台的一个简单的四位循环彩灯设计为例，谈谈EDA技术在数字系统中的具体应用。3．1设计要求一个四位扭环计数器，可进行复位即清零控制，其结果要求通过四个一字排列的发光二极管显示出来，同时其输出读数(十六进制)亦要求通过数码管进行显示。 3．2设计分析根据设计要求，先进行系统划分，采用“自顶向下”的模块化设计方法，本系统可以划分为三部分，计数器、数码管显示、发光二极管显示。通过移位寄存器74195来完成计数部分，若四位输出Q3Q2Q1Qo的初始值为“0000”，则经过8个时钟脉冲激励的输出依次为：“0001”(1)、“0011”(3)、“0111”(7)、“1111”(F)、“1110”(E)、“1100”(C)、“1000”(8)、“0000”(0)。这些时刻的输出，～方面将送至发光二极管进行显示另一方面将送至数码管的七个管腿，并通过七段共阴BCD码显示译码器显示该读数。系统设计框图如图2所示日志。图2系统设计框图3．3设计实现经过系统划分即“顶层”设计后，就可利用EDA传奇第1期薛延侠等：?171?工具“向下”进行具体的模块设计。 3．3．1设计输入EDA工具的重要特征之一是支持多种输入方式，如原理图、硬件描述语言输入方式、波形图等输入方式。计数器部分的设计以原理图输入方式来实现，数码管显示部分的设计以硬件描述语言VHDL来实现。(1)计数器部分此部分的设计以原理图输入方式来实现。四位扭环计数器原理图如图3所示。 CLCLQ[3．01图3四位扭环计数器原理图(2)数码管显示部分此部分用硬件描述语言Ⅵ∞L设计七段共阴BCD码显示译码器。LIBRARYieeeUseieee．stdlogic一1164．allUseieee．stdlogicunsigned．allENTITYSE(并ISPORT(Q：INstdlogicvector(3downto0)：led：OUTstdlogicvector(6downto0)ENDSEG7：ARCHITECrUREaOFSE(并ISBEGINWITHQSELECTled<=“1111110”when“0000”，一一0“0110000”when“0001”。一一l“1101101”when“0010”．一一2“1111001”when“0011”．一一3“0110011”when“0100”．一一4“1011011”when“0101”．一一5“1011111’’when“0110”．一一6“1110000”when“0111”．一一7“1111111”when“1000”．一一8“1111011”when“1001”。一一9“1110111’’when“1010”．一一a“001111l”when“1011”．一一b“1001110’’when“1100”．一一c“0111101”when“1101”．一一d“1001111”when“1110”．一一e“1000111”when“111l”．一一f“1111110”whenothers：ENDa(3)发光二极管显示部分发光管的显示只需将扭环计数器的Q3一QO的输出引线直接与四个并行排列的发光二极管管脚一一相连即可。将计数器、数码管显示、发光二极管显示部分连接在一起，即构成一个简单的四位循环彩灯系统的设计。系统电路如图4所示。CLRCLK黔Q[oI戳SEG7。，图4系统电路图3，3．2设计处理至此，各部分设计工作基本完成，我们只需将各个部传奇分按连线规则严格进行连接，定义好相应的I／o管脚和信号线后，即可进行逻辑综合、优化、适配、布局布线等设计处理了，它能够将设计人员设计的逻辑级电路图自动地转换为门级电路，并生成相应的网表文件、时序分析文件和各种报表，若设计没有错误，最终可生成可以编程下载的JED文件。3．3．3系统仿真在正式下载前，设计者可利用功能仿真和时序仿真来验证设计的正确性，本系统在设定了CLK和CLR信号的情况下，输出Q0一Q3的功能仿真图和时序仿真图分别如图5和图6所示，符合设计要求。3．3．4编程下载当设计人员确定设计工作已基本成功时，即可通过编程电缆下载数据流来进行硬件验证。验证合堕o删∞∞叫∞Ⅲ一删烈，珊叭眦阱舢。 172。西安邮电学院学报2008年1月格后，总体设计工作即圆满完成。图5功能仿真图图6尉序仿真图4结束语通过此例的设计流程可知，数字系统的设计输入可以用原理图、波形、硬件描述语言等方式输入。下载配置前的整个过程几乎不涉及到整个硬件。而硬件设计的修改也如同修改软件程序一样快捷方便，即通过软件方式的设计与测试，达到对特定功能的硬件电路的设计实现，这种数字系统设计技术采用自顶向下分层次、模块化设计方法，先进行系统划分，再优化综合，使系统的功能修改及调试方便、快捷、准确，既缩短了研发周期，又大大节约了成本。已成为研制、开发数字系统理想的选择，体现了硬件设计向软件化方向发展的新思路。 因此EDA技术在数字系统中正发挥着越来越重要的作用，其应用的深度和广度正在向更深层次延伸。参考文献[1]徐志军，王金明等．EDA技术与PLD设计[M]．北京：人民邮电出版社，2006．[2]符兴昌．EDA技术在数字系统设计分析中的应用[J]．微计算机信息，2006(52)：267269．[3]褚振勇，翁木云．FPGA设计及应用[M]．西安：西安电子科技大学出版社，2003．[4]丁文霞．EDA技术在现代数字系统中的应用[J]．电子技术应用，2000(11)：2931．[5]薛延侠等．《数字电子技术》课程教学改革的探讨[J]．西安邮电学院学报，2006，12(1)：116118．ApplicationsofEDA。 techniqueinthedigitalsystemXUEYanxia．LIUYanfei(DepartmentofElectronicandInformationEngineering，Xi’anUniversityofPostandTelecommunications，Xi’an_，710121，China)Abstract：Theelectronicdesignautomation(EDA)isinvestiga玩家认为这样可以tedfromtheaspectsofitsbasiccharacteristics，developingtrendsandthedesignmethods．Andthenewideafordigitalsystemdesignisshiftedfromthehardwaredesigntosoftwaredesignandillustratedviaacolouredlightscircuit，whichalsoshowstheimportanceofEDAindigitalsystemdesign．Keywords：EDAtechniquedigitalsystemTopdownVI-tDL1anguage。 本文《ＥＤＡ技术在数字系统中的应用》 --- 作者： 薛延侠， 刘雁飞， XUE Yan-xia， LIU Yan-fei |
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