EDA技术一：EDA技术概况及大规模可编程逻辑器件

标题第一章：EDA概况

1.EDA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