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EDA技術常見問題解答

EDA技術 閱讀(3.15W)

  1-1 EDA技術與ASIC設計和FPGA開發有什麼關係?

EDA技術常見問題解答

答:利用EDA技術進行電子系統設計的最後目標是完成專用積體電路ASIC的設計和實現;FPGA和CPLD是實現這一途徑的主流器件。FPGA和CPLD通常也被稱為可程式設計專用IC,或可程式設計ASIC。FPGA和CPLD的應用是EDA技術有機融合軟硬體電子設計技術、SoC(片上系統)和ASIC設計,以及對自動設計與自動實現最典型的詮釋。

  1-2與軟體描述語言相比,VHDL有什麼特點?

答:編譯器將軟體程式翻譯成基於某種特定CPU的機器程式碼,這種程式碼僅限於這種CPU而不能移植,並且機器程式碼不代表硬體結構,更不能改變CPU的硬體結構,只能被動地為其特定的硬體電路結構所利用。綜合器將VHDL程式轉化的目標是底層的電路結構網表文件,這種滿足VHDL設計程式功能描述的電路結構,不依賴於任何特定硬體環境;具有相對獨立性。綜合器在將VHDL(硬體描述語言)表達的電路功能轉化成具體的電路結構網表過程中,具有明顯的能動性和創造性,它不是機械的一一對應式的“翻譯”,而是根據設計庫、工藝庫以及預先設定的各類約束條件,選擇最優的方式完成電路結構的設計。

  l-3什麼是綜合?有哪些型別?綜合在電子設計自動化中的地位是什麼?

什麼是綜合?答:在電子設計領域中綜合的概念可以表示為:將用行為和功能層次表達的'電子系統轉換為低層次的便於具體實現的模組組合裝配的過程。

有哪些型別? 答:(1)從自然語言轉換到VHDL語言演算法表示,即自然語言綜合。(2)從演算法表示轉換到暫存器傳輸級(RegisterTransport Level,RTL),即從行為域到結構域的綜合,即行為綜合。(3)從RTL級表示轉換到邏輯閘(包括觸發器)的表示,即邏輯綜合。(4)從邏輯閘表示轉換到版圖表示(ASIC設計),或轉換到FPGA的配置網表文件,可稱為版圖綜合或結構綜合。

綜合在電子設計自動化中的地位是什麼? 答:是核心地位(見圖1-3)。綜合器具有更復雜的工作環境,綜合器在接受VHDL程式並準備對其綜合前,必須獲得與最終實現設計電路硬體特徵相關的工藝庫資訊,以及獲得優化綜合的諸多約束條件資訊;根據工藝庫和約束條件資訊,將VHDL程式轉化成電路實現的相關資訊。

  1-4在EDA技術中,自頂向下的設計方法的重要意義是什麼? P7~10

答:在EDA技術應用中,自頂向下的設計方法,就是在整個設計流程中各設計環節逐步求精的過程。

  1-5 IP在EDA技術的應用和發展中的意義是什麼?P11~12

答:IP核具有規範的介面協議,良好的可移植與可測試性,為系統開發提供了可靠的保證。

  2-1 敘述EDA的FPGA/CPLD設計流程。P13~16

答:1.設計輸入(原理圖/HDL文字編輯);2.綜合;3.適配;4.時序模擬與功能模擬;5.程式設計下載;6.硬體測試。

  2-2 IP是什麼?IP與EDA技術的關係是什麼?P24~26

IP是什麼?答:IP是智慧財產權核或智慧財產權模組,用於ASIC或FPGA/CPLD中的預先設計好的電路功能模組。

IP與EDA技術的關係是什麼? 答:IP在EDA技術開發中具有十分重要的地位;與EDA技術的關係分有軟IP、固IP、硬IP:軟IP是用VHDL等硬體描述語言描述的功能塊,並不涉及用什麼具體電路元件實現這些功能;軟IP通常是以硬體描述語言HDL原始檔的形式出現。固IP是完成了綜合的功能塊,具有較大的設計深度,以網表文件的形式提交客戶使用。硬IP提供設計的最終階段產品:掩模。

  2-3 敘述ASIC的設計方法。 P18~19

答:ASIC設計方法,按版圖結構及製造方法分有半定製(Semi-custom)和全定製(Full-custom)兩種實現方法。

全定製方法是一種基於電晶體級的,手工設計版圖的製造方法。

半定製法是一種約束性設計方式,約束的目的是簡化設計,縮短設計週期,降低設計成本,提高設計正確率。半定製法按邏輯實現的方式不同,可再分為門陣列法、標準單元法和可程式設計邏輯器件法。

  2-4 FPGA/CPLD在ASIC設計中有什麼用途?P16,18

答:FPGA/CPLD在ASIC設計中,屬於可程式設計ASIC的邏輯器件;使設計效率大為提高,上市的時間大為縮短。

  2-5 簡述在基於FPGA/CPLD的EDA設計流程中所涉及的EDA工具,及其在整個流程中的作用。 P19~23

答:基於FPGA/CPLD的EDA設計流程中所涉及的EDA工具有:設計輸入編輯器(作用:接受不同的設計輸入表達方式,如原理圖輸入方式、狀態圖輸入方式、波形輸入方式以及HDL的文字輸入方式。);HDL綜合器(作用:HDL綜合器根據工藝庫和約束條件資訊,將設計輸入編輯器提供的資訊轉化為目標器件硬體結構細節的資訊,並在數位電路設計技術、化簡優化演算法以及計算機軟體等複雜結體進行優化處理);模擬器(作用:行為模型的表達、電子系統的建模、邏輯電路的驗證及門級系統的測試);介面卡(作用:完成目標系統在器件上的佈局和佈線);下載器(作用:把設計結果資訊下載到對應的實際器件,實現硬體設計)。

  3-1 OLMC(輸出邏輯巨集單元)有何功能?說明GAL是怎樣實現可程式設計組合電路與時序電路的。 P34~36

OLMC有何功能?答:OLMC單元設有多種組態,可配置成專用組合輸出、專用輸入、組合輸出雙向口、暫存器輸出、暫存器輸出雙向口等。

說明GAL是怎樣實現可程式設計組合電路與時序電路的? 答:GAL(通用陣列邏輯器件)是通過對其中的OLMC(輸出邏輯巨集單元)的程式設計和三種模式配置(暫存器模式、複合模式、簡單模式),實現組合電路與時序電路設計的。

  3-2什麼是基於乘積項的可程式設計邏輯結構?P33~34,40

答:GAL、CPLD之類都是基於乘積項的可程式設計結構;即包含有可程式設計與陣列和固定的或陣列的PAL(可程式設計陣列邏輯)器件構成。

  3-3什麼是基於查詢表的可程式設計邏輯結構?P40~41

答:FPGA(現場可程式設計門陣列)是基於查詢表的可程式設計邏輯結構。

  3-4 FPGA系列器件中的LAB有何作用? P43~45

答:FPGA(Cyclone/Cyclone II)系列器件主要由邏輯陣列塊LAB、嵌入式儲存器塊(EAB)、I/O單元、嵌入式硬體乘法器和PLL等模組構成;其中LAB(邏輯陣列塊)由一系列相鄰的LE(邏輯單元)構成的;FPGA可程式設計資源主要來自邏輯陣列塊LAB。

  3-5與傳統的測試技術相比,邊界掃描技術有何優點?P47~50

答:使用BST(邊界掃描測試)規範測試,不必使用物理探針,可在器件正常工作時在系統捕獲測量的功能資料。克服傳統的外探針測試法和“針床”夾具測試法來無法對IC內部節點無法測試的難題。

  3-6解釋程式設計與配置這兩個概念。P58

答:程式設計:基於電可擦除儲存單元的EEPROM或Flash技術。CPLD一股使用此技術進行程式設計。CPLD被程式設計後改變了電可擦除儲存單元中的資訊,掉電後可儲存。電可擦除程式設計工藝的優點是程式設計後資訊不會因掉電而丟失,但程式設計次數有限,程式設計的速度不快。

配置:基於SRAM查詢表的程式設計單元。程式設計資訊是儲存在SRAM中的,SRAM在掉電後程式設計資訊立即丟失,在下次上電後,還需要重新載入程式設計資訊。大部分FPGA採用該種程式設計工藝。該類器件的程式設計一般稱為配置。對於SRAM型FPGA來說,配置次數無限,且速度快;在加電時可隨時更改邏輯;下載資訊的保密性也不如電可擦除的程式設計。

  3-7請參閱相關資料,並回答問題:按本章給出的歸類方式,將基於乘積項的可程式設計邏輯結構的PLD器件歸類為CPLD;將基於查詢表的可程式設計邏輯結構的PLD器什歸類為FPGA,那麼,APEX系列屬於什麼型別PLD器件?MAX II系列又屬於什麼型別的PLD器件?為什麼?P54~56

答:APEX(Advanced Logic Element Matrix)系列屬於FPGA型別PLD器件;程式設計資訊存於SRAM中。MAX II系列屬於CPLD型別的PLD器件;程式設計資訊存於EEPROM中。