EDA技术与FPGA设计应用详解

摘 要：eda技术是现代电子设计技术的核心，它在现代集成电路设计中占据重要地位。随着深亚微米与超深亚微米技术的迅速发展，fpga设计越来越多地采用基于vhdl的设计方法及先进的eda工具。本文详细阐述了eda技术与fpga设计应用。

关键词：电子设计自动化;现场可编程门阵列;复杂可编程逻辑器件;专用集成电路;知识产权;甚高速集成电路硬件描述语言

　　引言

---21世纪是电子信息产业主导的知识经济时代，信息领域正在发生一场巨大变革，其先导力量和决定性因素正是微电子集成电路。硅片技术的日益成熟，特别是深亚微米(dsm，deep sub-micron)和超深亚微米(vdsm，very deep sub-micron)技术，极大促进了集成电路产业的快速发展。

---集成电路发展经历了电路集成、功能集成、技术集成，直至今天基于计算机软硬件的知识集成，这标志着传统电子系统已全面进入现代电子系统阶段，这也被誉为进入3g时代，即单片集成度达到1g个晶体管、器件工作速度达到1ghz、数据传输速率达到1gbps。

---eda(electronic design automation，电子设计自动化)技术基于计算机辅助设计，它融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理技术、智能化技术的最新成果，以实现电子产品的自动设计。eda是现代电子设计技术的核心，在现代集成电路设计中占据重要地位。fpga(field programmable gate array，现场可编程门阵列)作为可编程逻辑器件的典型代表，它的出现及日益完善适应了当今时代的数字化发展浪潮，它正广泛应用在现代数字系统设计中。

　　eda技术与fpga原理

1.eda技术特征

---eda是电子设计领域的一场革命，它源于计算机辅助设计(cad，computer aided design)、计算机辅助制造(cam，computer aided made)、计算机辅助测试(cat，computer aided test)和计算机辅助工程(cae，computer aided engineering)。利用eda工具，电子设计师从概念、算法、协议开始设计电子系统，从电路设计、性能分析直到ic版图或pcb版图生成的全过程均可在计算机上自动完成。

---eda代表了当今电子设计技术的最新发展方向，其基本特征是设计人员以计算机为工具，按照自顶向下的设计方法，对整个系统进行方案设计和功能划分，由硬件描述语言完成系统行为级设计，利用先进的开发工具自动完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局布线(par，place and route)、仿真及特定目标芯片的适配编译和编程下载，这被称为数字逻辑电路的高层次设计方法。

---作为现代电子系统设计的主导技术，eda具有两个明显特征：即并行工程(concurrent engineering)设计和自顶向下(top-down)设计。其基本思想是从系统总体要求出发，分为行为描述(behaviour description)、寄存器传输级(rtl，register transfer level)描述、逻辑综合(logic synthesis)三个层次，将设计内容逐步细化，最后完成整体设计，这是一种全新的设计思想与设计理念。

2.fpga原理

---今天，数字电子系统的设计方法及设计手段都发生了根本性变化，正由分立数字电路向可编程逻辑器件(pld，programmable logic device)及专用集成电路(asic，application specific integrated circuit)转变。fpga与cpld(programmable logic device，复杂可编程逻辑器件)都属于pld的范畴，它们在现代数字系统设计中正占据越来越重要的地位。

---fpga是由用户编程来实现所需逻辑功能的数字集成电路，它不仅具有设计灵活、性能高、速度快等优势，而且上市周期短、成本低廉。fpga设计与asic前端设计十分类似，在半导体领域中fpga应用日益普及，已成为集成电路中最具活力和前途的产业。同时，随着设计技术和制造工艺的完善，器件性能、集成度、工作频率等指标不断提升，fpga已越来越多地成为系统级芯片设计的首选。

---fpga由pal(可编程阵列逻辑)、gal(通用阵列逻辑)发展而来，其基本设计思想是借助于eda开发工具，用原理图、状态机、布尔表达式、硬件描述语言等方法进行系统功能及算法描述，设计实现并生成编程文件，最后通过编程器或下载电缆用目标器件来实现。

---fpga器件采用逻辑单元阵列(lca，logic cell array)结构、sdram工艺，其中lca由三类可编程单元组成。

---(1)可配置逻辑块(clb，configurable logic block)：被称为核心阵列，是实现自定义逻辑功能的基本单元，散布于整个芯片;

---(2)输入/输出模块(iob，input/output bloc