EDA技术与FPGA基础_原创精品文档.pdfVIP

EDA技术与FPGA基础

3.1EDA技术

现代电子技术的核心是EDA(ElectronicDesignAutomation电子设计自动化)

技术。EDA技术就是依赖功能强大的计算机，在EDA工具软件平台上，对以硬

件描述语言HDL(HardwareDescriptionLanguage)为系统逻辑描述手段完成的设

计文件，自动地完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、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线路系统功能。EDA

技术使得设计者的工作仅限于利用软件的方式，即利用硬件描述语言和EDA软件

来完成对系统硬件功能的实现。

EDA技术在硬件实现方面融合了大规模集成电路制造技术，IC版图设计技术、

ASIC测试和封装技术、FPGA/CPLD编程下载技术、自动测试技术等；在计算机

辅助工程方面融合了计算机辅助设计(CAD)，计算机辅助制造(CAM)、计算机辅

助测试(CAT)、计算机辅助工程(CAE)技术以及多种计算机语言的设计概念：而

在现代电子学方面则容纳了更多的内容，如电子线路设计理论、数字信号处理技

术、数字系统建模和优化技术及长线技术理论等等。因此EDA技术为现代电子理

论和设计的表达与实现提供了可能性。当然，这里的所谓EDA主要是指数字系统

的自动化设计，因为这一领域的软硬件方面的技术已比较成熟，应用的普及程度

也比较高。而模拟电子系统的EDA正在进入实用，其初期的EDA工具不一定需

要硬件描述语言。此外，从应用的广度和深度来说，由于电子信息领域的全面数

字化，基于EDA的数字系统的设计技术具有更大的应用市场和更紧迫的需求性。

EDA技术的发展历程同大规模集成电路设计技术、计算机辅助工程、可编程

逻辑器件，以及电子设计技术和工艺的发展是同步的。20世纪80年代，集成电路

设计进入了CMOS(互补场效应管)时代，复杂可编程逻辑器件已进入商用阶段，

而在80年代末，出现了FPGA(FieldProgrammableGateArray现场可编程门阵列)

和CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice复杂可编程逻辑器件)，其特点是直

接面向用户，具有极大的灵活性和通用性，使用方便，硬件测试和实现快捷，开

发效率高，电子系统设计工程师可以在实验室中设计出专用的IC,实现系统的集

成，从而大大缩短了产品上市时间，降低了开发成本。进入20世纪90年代，集成

电路设计工艺步入了超深亚微米阶段，百万门以上的大规模可编程逻辑器件陆续

面世，促进了EDA技术的形成。更为重要的是各EDA公司致力于推出兼容各种

硬件实现方案和支持标准硬件描述语言的EDA工具软件的研究，这些都有效地将

EDA技术推向成熟。

3.2FPGA结构与设计

随着微电子技术的飞速发展，可编程逻辑器件的发展取得了长足的进步，

CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice)和FPGA(FieldProgrammableGate

Array)成为目前在电子系统设计中应用最广泛的可编程逻辑器件。它们都具有体

系结构和逻辑单元灵活、集成度高以及适用范围宽等特点。同门阵列等其它

ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)相比，它们又具有设计开发周期短、

设计制造成本低、开发工具先进、可实时在线检验等优点，因此被广泛应用于产

品的原型设计和产品生产之中。本文的设计中用到了Altera公司的FPGA芯片，因

此以下将主要介绍FPGA的结构、原理及设计。

3.2.1基本结构

简化的FPGA的结构由4部分组成：输入/输出模块、二维逻辑阵列模块、连

线资源和内嵌存储器模块。输入/输出模块是芯片与外界的接口，完成不同电气

特性下的输入输出功能要求；二维逻辑阵列模块是可编程逻辑的主体，可以根据

设计灵活地改变连接与配置，以完成不同的逻辑功能，FPGA的二维逻辑阵列模

块是基于可编程的查找表(LookUpTable,LUT)结构的，LUT是可编程的最小逻

辑构成单元；连线资源连接所有的二维阵列模块和输入输出模块线长度和工艺决

定着信号在连线上驱动能力和传输速度：内嵌存储器结构可以在芯片内部存储数

据。

FPGA作为新一代的可编程逻辑器件，由于其基本原理的特殊性，除了具有

一