第二章 FIR滤波器的原理和设计方案
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本文的设计采用了并行DA算法,旨在提高工作速度;将LUT分割为2个小LUT,旨在减少硬件规模。
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第三章 EDA技术和可编程逻辑器件
随着计算机软件、硬件和集成电路制造技术的飞速发展,数字电路硬件设计复杂程度的快速增加、以及产生的设计成果可继承性的需要,对数字电子系统的设计方法产生了极大的影响,传统的以中小规模集成电路为基础模块、以电路图为表达方式的数字电子系统的设计方法正逐步被EDA技术的设计方法所取代。
传统的数字电子系统是由许多子系统或者逻辑模块构成的。设计者可根据各模块的功能选择适当的MCU(微处理器和单片机)和SSI/MSI/LSI芯片拼接成预定的数字电子系统,是用搭积木式的方法完成设计的。数字电子系统最初的“积木块”是具有固定功能的标准集成电路器件,设计者只能根据需要选择合适的器件,并按照器件推荐的电路搭成电子系统,在设计时,设计者没有灵活可言,搭成的系统需要的芯片种类多且数目大。这种设计方法一直为许多硬件开发工程师所沿用。它有以下几个主要特点:
(1)采用“自底向上”(Bottom Up)的设计方法 “自底向上”的电子系统设计方法的主要步骤是:
根据系统对硬件的要求,详细编制技术规格书,并画出系统控制流图,然后根据技术规格书和系统控制流图,对系统的功能进行细化,合理的规划分功能模块,并画出系统功能框图;接着进行各功能模块的细化和电路设计;各功能模块电路色剂、调试完成后,将各功能模块的硬件电路连接起来在进行系统的调试,最后完成整个数字系统的硬件设计。可以看出,系统硬件的设计时从选择具体元器件开始的,并用这些元器件进行逻辑电路设计,即从最底层开始设计,完成系统各独立功能模块设计,然后再将各功能模块连接起来,知道最高层,完成整个系统的硬件设计。
(2)在数字系统硬件设计的后期进行仿真和调试
由于进行仿真和调试的仪器一般为系统仿真器、逻辑分析仪和示波器等,所以在传统硬件电路设计中,仿真和调试只能在系统硬件设计中完成后期进行,系统设计存在的问题也只能在后期出现,对系统设计人员有较高的要求。
(3)用符号和电路图的方式描述设计
在上述设计方法设计的数字电子系统最后形成的设计文件,主要是由若干张
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第三章 EDA技术和可编程逻辑器件
电路图构成的文件。在电路图中详细标注了各逻辑单元、器件的名称和相互之间的信号连接关系。对于小的系统,这种电路原理图只要几十张或者几百张就行了。但是,系统比较大,硬件比较复杂,那么这种电路图可能需要更多张。这样多的电路图给设计归档、阅读、修改和使用都带来了很大的不便。
3.1 EDA技术
EDA是Electronic Design Automation的缩写,即电子设计自动化,EDA技术是现代电子设计技术的核心,是从CAD(计算机辅助设计,Computer Assist Design)和CAE(计算机辅助工程,Computer Assist Engineering Design)的概念发展而来。
所谓EDA技术,就是以大规模可编程器件作为设计载体,以硬件描述语言作为系统逻辑描述的主要表达方法,以计算机和EDA开发软件作为设计工具,通过开发短剑自动完成对用文本方式设计的电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真,直到完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作,并最终形成电子系统或专用集成芯片的一门新技术。
用EDA技术进行电子系统的设计,具有下面的特点: (1)用软件即文本文件的方式设计硬件。
(2)用软件设计的系统到硬件系统的转换时用有关的开发软件自动完成的。 (3)设计过程中可用有关的软件进行仿真。 (4)系统可现场变成、在线升级。
(5)整个系统可集成在一个芯片上,体积小、功耗低、可靠性高。
3.2 EDA技术的主要内容
EDA技术主要包括下面三个内容:
大规模可编程逻辑器件;硬件描述语言;软件开发工具。
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3.2.1 大规模可编程器件
可编程器件(PLD, Programmable Logic Device)是一种有用户编程来实现某种逻辑功能的新型逻辑器件,芯片内的逻辑门、触发器等硬件资源可由用户编程连接实现专用的用户裸机功能。
传统的数字系统的设计,是应用MCU(微处理器和单片机)和MSI,SSI通用数字电路芯片构成电路系统。这种系统可以通过2种途径改变器件的逻辑功能,即MCU的软件编程和特定器件的控制字配置,而且器件引脚功能的硬件当时是不可任意改变的。
PLD器件的发明和应用,给数字电子系统的设计带来了极大的灵活性,PLD器件可以通过软件编程对其硬件结构和工作方式进行重构,使得硬件设计如同软件设计一样方便快捷。从某种意义上来说,用PLD器件构成的数字系统又回到了原来数字逻辑门电路的结构中,但这是一种更高层次的循环,是电路设计方法否定之否定运动,它在更高层次上容纳了过去数字技术的优秀部分,是对MCU系统的一种扬弃,但在电子设计的技术操作和系统构成的整体上确实质的飞跃。
FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列),和CPLD(Complex Programmable Logic Device, 复杂可编程逻辑器件)是大规模可编程器件的主流产品,它们的应用已是非常广泛,随着EDA技术的普及成为电子设计领域的重要角色.
高集成度、高速度和高可靠性是FPGA最明显的特点,其时钟延时可小至ns级,结合其并行工作方式,在超高速应用领域和实施测控方面有着广泛的应用前景,在高可靠应用领域,如果涉及得当,将不会存在类似于MCU的复位不可靠性和PC可能跑飞等问题。FPGA的高可靠性还表现在几乎可将整个系统下载于同一芯片中,实现所谓片上系统,从而大大缩小了体积,易于管理和屏蔽。
由于FPGA的集成规模特别大,可以利用先进的EDA工具进行电子系统设计和产品开发。由于设计开发工具具有通用性、设计使用的语言是标注化的,以及设计过程总与所用器件的硬件结构没有关系,因为设计开发成功的各类逻辑功能模块的文本软件具有良好的兼容性和可移植性。它几乎可用于任何信号和规模的FPGA中,从而使产品设计效率大幅提高。
如果失去PLD器件,EDA技术将是无源之水
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