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现代数字系统设计流程

现代数字系统的设计流程是指利用EDA开发软件和编程工具对可

编程规律器件进行开发的过程。在EDA软件平台上，利用硬件描述

语言HDL等规律描述手段完成设计。然后结合多层次的仿真技术，在

确保设计的可行性与正确性的前提下，完胜利能确认。接着利用EDA

工具的规律综合功能，把功能描述转换成某一详细目标芯片的网表文

件，输出给该器件厂商的布局布线适配器，进行规律化简及优化、规

律映射及布局布线，再利用产生的仿真文件进行包括功能和时序的验

证，以确保实际系统的性能，直至对于特定目标芯片的规律映射和编

程下载等工作。

整个过程包括设计预备、设计输入、设计处理和器件编程四个步骤

以及相应的功能仿真、时序仿真和器件测试3个设计校验过程。现代

数字系统的设计流程如图所示。

图现代数字系统的设计流程

（1）设计预备

在设计之前，首先要进行方案论证、系统设计和器件选择等设计预

备工作。设计者首先要依据任务要求，判明系统指标的可行性。系统

的可行性要受到规律合理性、成本、开发条件、器件供应、设计员水

公平方面的约束。若系统可行，则依据系统所完成的功能及简单程度，

对器件本身的资源和成本、工作速度及连线的可布性等方面进行权衡，

选择合适的设计方案和合适的器件类型。

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（2）设计输入

设计输入是设计者将所设计的系统或电路以EDA开发软件要求的

某种形式表示出来，并送入计算机的过程。它依据EDA开发系统供

应的一个电路规律的输入环境，如原理图、硬件描述语言（HDL）等

输入等形式进行输入。这些方法可以单独构成，也可将多种手段组合

来生成一个完整的设计。

设计输入软件在设计输入时，还会检查语法错误，并产生网表文件，

供设计处理和设计校验使用。

（3）设计处理

设计处理是从设计输入文件到生成编程数据文件的编译过程。这是

器件设计中的核心环节。设计处理是由编译软件自动完成。设计处理

的过程如下：

①规律优化和综合。由软件化简规律，并把规律描述转变为最适

合在器件中实现的形式。综合的目的是将多个模块化设计文件合并为

一个网表文件，并使层次设计平面化。规律综合应施加合理的用户约

束，以满意设计的要求。

②映射。把设计分为多个适合用详细PLD器件内部规律资源实现

的规律小块的形式。映射工作可以全部自动实现，也可以部分由用户

掌握，还可以全部由用户掌握进行。

③布局和布线。布局和布线工作是在设计检验通过以后由软件自

动完成的，它能以最优的方式对规律元件布局，并精确地实现

PLD器件内部规律元件间的互连。

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④生成编程数据文件。设计处理的最终一步是产生可供器件编程

使用的数据文件。对CPLD器件而言，产生熔丝图文件即JDEC文件；

对FPGA器件则生成位流数据文件。

（4）设计校验

设计校验过程是使用EDA开发软件对设计进行分析，它包括功能

仿真、时序仿真和器件测试。

功能仿真用于验证设计的规律功能，它是在设计输入完成之后，选

择详细器件进行编译之前进行的规律功能验证。功能仿真没有延时信

息，对于初步的规律功能检测特别便利。仿真结果将会生成报告文件

和输出信号波形，从中便可以观看到各个节点的信号变化。若发觉错

误，则返回设计输入中修改规律设计。

时序仿真是在选择了详细器件并完成布局、布线之后进行的快速时

序检验，并可对设计性能作整体上的分析，这也是与实际器件工作状

况基本相同的仿真。由于不同器件的内部延时不一样，不同的布局、

布线方案也给延时造成不同的影响，用户可以得到某一条或某一类路

径的时延信息，也可给出全部路径的延时信息，又称延时仿真。若设

计的性能不能达到要求，需找出影响性能的关键路径，并返回延时信

息，修改约束文件，对设计进行重新综合和布局布线，如此重复多

次直到满意设计要求为止。因此时序仿真对于分析时序关系，估量设

计的性能以及检查和消退竞争冒险等是特别有必要的。

直接进行功能仿真的优点是设计耗时短，对硬件库和综合器没有任

何要求，尤其对于规模比较大的设计项目，综合和布局布线在计算机