基于多种EDA工具的FPGA设计流程.pdf

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基于多种EDA工具的FPGA设计流程@嗽一邮局订阅号：82-舛6ration)。在实现过程中最主要的过程是布局布线傩R)，所谓布局FLOwFPGA的设计流程FPGA应用(1．北京交通大学；2．北京联合大学)蒋昊1李哲英2ONMULTl—EDATOOLS1PLDCPLD文章编号：1008一帖70(2∞7)11—2-0201-03FPGADES|GN8ASED摘要：本文介绍了FPGA的完整设计流程。其中包括电路设计与输入、功能仿真、综合优化、综合后仿真、实现与布局布线、时序仿真、板级仿真与验证、调试与加栽配置等主要步骤。并通过一个8一bitCPU的设计实例系统地介绍了利用多种EDA工具进行FPGA协同设计的实现原理及方法。关键词：FPGA；EDA：CPU中图分类号：’n¨吆文献标识码．Adesignandoptimize，postcation，debugging近年来．随着微电子学的迅速发展以及SoC(SystemChip，片上系统)技术在设计领域引起的深刻变革，EDA(Elec—DesignAutomatic。电子设计自动化)7-具在系统设计中的地位愈发重要。特别是20世纪90年代后，电子系统已经由电路板级发展为ASIC(ApplicationCircuit。专用集成电路1、FPGA(FieldArray，现场可编程门阵列1以及嵌入式系统等多种模式，其中FPGA设计正是当前数字系统设计领域中的重要方式之一。本文以Ahera公司的FPGA为目标器件。通过一个8-bitCPU的设计实例．系统地介绍了FPGA的完整设计流程以及开发过程中用到的多种EDA工具，包括Modelsim、Synplify、QuartusII。并重点说明如何使用这些EDA工具进行协同设计。一般来说。完整的FPGA设计流程包括电路设计与输入、功能仿真、综合优化、综合后仿真、实现与布局布线、时序仿真、板级仿真与验证、调试与加载配置等主要步骤，如图1所示。图1FPGA设计流程电路设计与输入是指通过某些规范的描述方式，将工程师的电路构思输入给EDA工具，常用的设计方法有HDL(Hard一蒋昊：硕士研究生Language，硬件描述语言1设计输入法与原理图设计输入法。目前进行大型工程设计时，最常用的设计方法是HDL设计输入法．它利于自顶向下设计以及模块的划分与复用。可移植性和通用性好，设计不因芯片的工艺与结构的不同而变化。更利于向ASIC移植。电路设计完成后，要用专用的仿真工具对设计进行功能仿真(FunctionalSimulation)，验证电路功能是否符合设计要求。功能仿真又称前仿真(pre—Simulation)。通过仿真能及时发现设计中的错误，加快设计进度，提高设计的可靠性。综合(Synthesis)优化是指将HDL语言、原理图等设计输入翻译成由基本f-j、RAM、触发器等基本逻辑单元组成的逻辑网表，并根据目标与要求(约束条件)优化所生成的逻辑网表，输出标准格式的网表文件，供FPGA厂商的布局布线器进行实现。综合后仿真(PostSimulation)的作用是检查综合出的结果与原设计是否一致。作综合后仿真时。要把综合生成的标准延时格式SDF(StandaldFormat)文件反标注到综合仿真模型中去，可估计门延时带来的影响。综合后仿真虽然比功能仿真精确一些，但是只能估计门延时，不能估计线延时，仿真结果与布线后的实际情况还有一定差距，并不是十分准确。目前主流综合工具日益成熟，对于一般性设计，如果设计者确信自己表述明确，没有综合歧义发生，则可以省略综合后仿真步骤。综合结果的本质是一些由基本门、触发器、RAM等基本逻辑单元组成的逻辑网表。它与芯片实际的配置情况还有较大差距。此时应该使用FPGA厂商提供的软件工具。将综合输出的逻辑网表适配到具体FPGA器件上，这个过程叫做实现(Implemen．(Place)是指将逻辑网表中的硬件原语或底层单元合理地适配到FPGA内部的固有硬件结构上．布局的优劣对设计的最终实现结果(包括速度和面积两个方面)影响很大；所谓布线(Route)是指根据布局的拓扑结构，利用FPGA内部的各种连线资源，合理正确地连接各个元件的过程。一般情况下．用户可以通过设置参360元，年-201—JIANGHAOLIZHEYINGRISCflowbasedmulti-EDAincludesinput，functionalsimulation，synthesissimulation，implementationP&R，timingsimulation，boardsimulationverifi-programming．Themethodologytools0f8一bitCPUalsointroduced．Keywords：FPGA，EDA，CPUSpeci