电子设计自动化综合精选文档.ppt
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1、电子设计自动化综合本讲稿第一页,共七十五页1本章目录本章目录 1.综合的概念综合的概念4.综合控制流程综合控制流程综合的任务综合的任务基本的综合流程基本的综合流程综合的层次综合的层次定义设计环境定义设计环境Y图图设置设计约束 2.综合工具流程综合工具流程3.关键技术关键技术展平展平优化优化时序逻辑优化时序逻辑优化组合逻辑优化组合逻辑优化工艺映射工艺映射RTL描述的可综合性描述的可综合性本讲稿第二页,共七十五页2.Top-down设计流程设计流程 行 为 描 述高层次综合RTL 描 述 逻 辑 综 合网 表、逻辑图布 局 布 线版 图 数 据ASICICFPGA本讲稿第三页,共七十五页31.综合
2、的概念综合的概念综合(综合(Synthesis)可以定义为是将设计的较高抽象层次描述转换成可以定义为是将设计的较高抽象层次描述转换成较低抽象层次描述的过程。较低抽象层次描述的过程。综合的任务:综合的任务:由描述数字系统行为的由描述数字系统行为的HDL,根据系统对硬件的功根据系统对硬件的功能及性能要求能及性能要求,在一个包含众多结构、功能性能在一个包含众多结构、功能性能均已知的逻辑元件的逻辑单元库的支持下,找出均已知的逻辑元件的逻辑单元库的支持下,找出一个合适的硬件结构来实现一个合适的硬件结构来实现(一般是指由一般是指由EDA工具工具自动生成自动生成)本讲稿第四页,共七十五页41.综合的概念综合
3、的概念综合的层次综合的层次高层次综合(高层次综合(highlevelsynthesis)从算法级行为描述从算法级行为描述RTL结构描述结构描述逻辑综合逻辑综合(designsynthesis)从从RTL(DataFlow)行为级描述)行为级描述逻辑网表逻辑网表版图综合版图综合(layoutsynthesis)一般指预布局一般指预布局(floorplanning)本讲稿第五页,共七十五页5Y图图 BehavioralStructure arithmetic RTL Data flowPhysicalDesign Synthesis 逻辑综合High level Synthesis本讲稿第六页,共
4、七十五页6 例例1.不同不同RTL描述得到同一种电路结构描述得到同一种电路结构:数数1电路电路 architecture ALGORITHMIC of ONE_CNT isbegin process(A)veriable NUM:INTERGER range 0 to 3;beginNUM:=0;for I in 0 to 2 loop;if A(I)=1 then NUN:=NUM+1;end if;end loop;C1 C0case NUM is when 0=C C C C=“11”;end case;end process;end ALGORITHMIC;算法描述算法描述真值表真值表
5、-Truth Table:-|A2 A1 A0|C1 C0|-|0 0 0|0 0|-|0 0 1|0 1|-|0 1 0|0 1|-|0 1 1|1 0|-|1 0 0|0 1|-|1 0 1|1 0|-|1 1 0|1 0|-|1 1 1|1 1|-本讲稿第七页,共七十五页7数据流模型数据流模型结构化设计层次结构化设计层次architecture DATA_FLOW of ONES_CNT is being C1=(A(1)and A(0)or(A(2)and A(0)or(A(2)and A(1)C0=(A(2)and not A(1)and not A(0)or(not A(2)and
6、 not A(1)and not A(0)or(A(2)and A(1)and A(0)or(not A(2)and not A(1)and A(0);end DATA_FLOW;architecture MACRO of ONE_CNT is being C(1)=MAJ3(A);C(0)CCCCnull;endcase;endprocess;endMUX;(C)MUXMUX结构结构本讲稿第九页,共七十五页9 C1=(A(1)and A(0)or(A(2)and A(0)or(A(2)and A(1)C0=(A(2)and not A(1)and not A(0)or(not A(2)and
7、 A(1)and not A(0)or(A(2)and A(1)and A(0)or(not A(2)and not A(1)and A(0);C1=(A1A0)+(A2A0)+(A2A1)C0=(A2 A1A0)+(A2A1A0)+(A2A1A 0)+(A2A1A0);本讲稿第十页,共七十五页10G1G2G3G4X(0)X(1)X(0)X(2)X(1)X(2)A1A2A3C1C012个倒向器、个倒向器、7个个与非门(与非门(4个个3端口)、端口)、2个个或非门或非门本讲稿第十一页,共七十五页11综合后的逻辑图综合后的逻辑图VHDLDesignRepresentationandSynthesi
8、sSynopsys综合工具综合工具,LSI10k库,库,9个单元,个单元,最长路径最长路径4.98ns5个倒相器、个倒相器、3个个4端口与或非门端口与或非门本讲稿第十二页,共七十五页12本讲稿第十三页,共七十五页13例例2.不同不同RTL描述得到不同电路结构描述得到不同电路结构:4位加法器位加法器 entityadderisport:(a,b:inintegerrange0to3;y:outintegerrange0to3););end;算法级算法级1Architecturebehv1ofadderisbeginprocess(a,b)beginy=a+b;endprocess;endbehv
9、1;本讲稿第十四页,共七十五页14算法级算法级2Architecturebehv2ofadderisSignalS:stand_logic_vector(Ndownto0);beginS=(0&a)+b+cin;Sum=S(N-1downto0);Cout=S(N);endbehv2;N是一个类属参数,具有通用性是一个类属参数,具有通用性(p259)边边连接符连接符本讲稿第十五页,共七十五页15 MotorolaHDC库库Synopsys综合工具。边综合工具。边P259VHDL设计电子线路设计电子线路本讲稿第十六页,共七十五页16一位加法器一位加法器本讲稿第十七页,共七十五页17RTL(1)行
10、波进位加法器(行波进位加法器(Ripplecarryadder)architecturestrucofadderissignalC:std_logic_vector(4downto0);beginprocess(a,b,cin,c)beginC(0)=Cin;foriin0to3loopSum(i)=a(i)xorb(i)xorC(i);C(i+1)=(a(i)andb(i)or(C(i)and(a(i)orb(i);endloop;Cout=C(4);endprocess;endstruc;本讲稿第十八页,共七十五页18面积最小、速度最慢。边面积最小、速度最慢。边293本讲稿第十九页,共七十
11、五页19本讲稿第二十页,共七十五页20RTL(2)先行进位加法器(先行进位加法器(carrylookforwardadder)P(i)=(A(i)B(i)进位传输信号进位传输信号G(i)=A(i)B(i)进位产生信号进位产生信号C1=G1+P1C0C2=G2+P2G1+P2P1C0=G2+P2(C1)C3=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1(C0)=G3+P3(C2)C4=G4+P4(C3)S1=P0C0S2=P1C1S3=P2C2S4=P3C3王永军王永军P131,数字逻辑与数字系统,数字逻辑与数字系统 +Ci=G(i)+P(i)Ci-1Si=Ci-1+P(i)本讲稿第二十一页,共七
12、十五页21 先行进位先行进位C-out及及S和的产生和的产生P(i)Ci-1S(i)本讲稿第二十二页,共七十五页22本讲稿第二十三页,共七十五页23边292本讲稿第二十四页,共七十五页24速度速度面面积积(4)(2)(1)同一个算法级描述,可以有不同同一个算法级描述,可以有不同RTL描述,描述,综合后得到不同要求的硬件。综合后得到不同要求的硬件。行波行波超前超前(3)先行先行本讲稿第二十五页,共七十五页252.综合工具流程综合工具流程1.根据根据VHDL源码产生一个与实现技术无源码产生一个与实现技术无关的通用原理图关的通用原理图(genericschematic)2.根据设计要求执行优化根据设
13、计要求执行优化(optimization)算法)算法,化简状态和布尔化简状态和布尔方程方程(逻辑综合逻辑综合)3.按半导体工艺要求按半导体工艺要求,采用相应的工艺库采用相应的工艺库,把优化的布尔描述映射(把优化的布尔描述映射(mapping)到)到实际的逻辑电路网表实际的逻辑电路网表本讲稿第二十六页,共七十五页26 平平RTL描述描述展展优化优化(面积、时间)面积、时间)映映射射网网表表未优化布尔式未优化布尔式优化布尔式优化布尔式综综合合工工具具流流程程约束文件约束文件script工艺库工艺库Library本讲稿第二十七页,共七十五页27综合工具综合工具 RTLDescriptionTechn
14、ologyLibraryConstraints(Area,Time)Gate ReportLevelNetlistSynthesis本讲稿第二十八页,共七十五页283.关键技术关键技术展平展平组合逻辑元件:组合逻辑元件:如果进程对读取的所有信号都敏感(即进程的如果进程对读取的所有信号都敏感(即进程的信号敏感表中包含读取的所有信号),则此进程信号敏感表中包含读取的所有信号),则此进程称称组合进程组合进程 Ai Bi CiCi=AiandBi 111100010000本讲稿第二十九页,共七十五页29展平展平(续续)RS触发器触发器ProcessBeginif(=1andS=0)thenQn=0;Q
15、nb=1;elsif(R=0andS=1)thenQnyLatchclkaPROCESS(clk,a)PROCESS(clk,a)本讲稿第三十二页,共七十五页32ClkAbYClkAbYClkClkClkY本讲稿第三十三页,共七十五页33clkabyLatch本讲稿第三十四页,共七十五页34展平展平(续续)时序逻辑时序逻辑根据根据VHDL原码原码产生一个与实现技术无关的通用产生一个与实现技术无关的通用原理图原理图(genericschematic)可以综合的只是可以综合的只是VHDL的子集的子集(尚未标准化尚未标准化)其中其中,基本的时序元件包括基本的时序元件包括:RS触发器触发器锁存器锁存器
16、-Latch触发器触发器-Trigger本讲稿第三十五页,共七十五页35触发器触发器:边缘敏感触发器为同步操作时序逻辑元件,其输边缘敏感触发器为同步操作时序逻辑元件,其输出由输入时钟所规定时刻的数据输入确定出由输入时钟所规定时刻的数据输入确定,可想象为对可想象为对数据的采样控制。数据的采样控制。a.每一个同步赋值的信号对应一个触发器每一个同步赋值的信号对应一个触发器b.每个进程只允许有一个时钟每个进程只允许有一个时钟c.最基本的触发器为最基本的触发器为D触发器触发器,其形式为带时钟其形式为带时钟控制的简单赋值语句控制的简单赋值语句,且数据输出由时钟触发且数据输出由时钟触发本讲稿第三十六页,共七
17、十五页36D触发器触发器 architecture RTL of D Register is begin process(clk)beginifclkeventandclk=“1”thenQDQQD本讲稿第三十七页,共七十五页37优化优化时序优化时序优化状态优化状态优化状态减少:即寄存器个数减少,合并等价状态、删除冗余状状态减少:即寄存器个数减少,合并等价状态、删除冗余状态;态;状态分配:将最小状态表中的每个状态分配一个状态变量的编状态分配:将最小状态表中的每个状态分配一个状态变量的编码,目标是造价最低码,目标是造价最低(数字逻辑理论)(数字逻辑理论)组合逻辑优化组合逻辑优化面积小、速度快面积
18、小、速度快面积小面积小用与门和或门输入端数之和表示面积大小。用与门和或门输入端数之和表示面积大小。速度快速度快二级逻辑与或非门速度最快,级数多则慢二级逻辑与或非门速度最快,级数多则慢往往矛盾,根据需要折衷往往矛盾,根据需要折衷本讲稿第三十八页,共七十五页38时序优化时序优化时序电路:时序电路:输出信号输出信号out不仅依赖于输入信号不仅依赖于输入信号in的当前值;的当前值;还依赖于输入信号还依赖于输入信号in的历史值。的历史值。时序电路的记忆元件若是在统一的时钟激励时序电路的记忆元件若是在统一的时钟激励下发生状态转换,则称为同步时序电路。下发生状态转换,则称为同步时序电路。组合逻辑电路组合逻辑
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