数字电路后端设计 逻辑综合
数字电路的综合设计方法
数字电路的综合设计方法数字电路是现代电子学的基础，它广泛应用于计算机、通信、自动化等领域。
在数字电路的设计中，综合设计方法是非常重要的一环。
本文将介绍数字电路的综合设计方法，包括设计流程、功能分析、逻辑设计等内容。
数字电路的综合设计流程数字电路的综合设计流程包括：需求分析、功能分析、逻辑设计、综合与仿真、自动布局布线、后仿真与验证等步骤。
详细流程如下：1. 需求分析：根据客户或用户的需求进行需求分析，明确设计目标和指标，确定实现技术和限制条件。
2. 功能分析：将设计目标进行分解，分析系统的总体功能和各模块功能，形成模块之间的框图，确定模块之间的输入与输出关系。
3. 逻辑设计：根据功能分析，将系统拆分为各个逻辑模块，将各个模块的输入和输出定义好，设计时要考虑硬件资源的使用情况，如时钟频率、存储器容量、器件速度等。
4. 综合与仿真：将各个逻辑模块进行综合，生成相应的逻辑网表，然后进行仿真，检验设计的正确性。
5. 自动布局布线：通过信号传输和时序分析，实现自动布局和布线，对于复杂的电路，需要进行时序约束的设置，以保证时序正确性。
6. 后仿真与验证：对设计的电路进行后仿真和验证，对设计的可行性进行评估，对设计过程进行总结，并进行修改和优化。
数字电路的功能分析数字电路的功能分析是将大的系统分解成各个独立的逻辑模块，通过确定各个模块的输入和输出关系，指导逻辑设计的过程。
功能分析的核心是逻辑模块的定义和划分。
逻辑模块是电路构建的基本单元，是指执行某种特定功能的电路块。
在功能分析时，需要将大的系统划分为多个逻辑模块，并定义各个模块的输入和输出，这样才能明确电路中各个模块之间的联系与协作。
在功能分析过程中，需要考虑的关键因素包括：性能指标、输入输出接口、逻辑模块的功能、数据流图等。
通过对这些因素的分析和设计，实现逻辑电路的正确实现和功能的有效性。
数字电路的逻辑设计数字电路的逻辑设计是将电路模块分解成各个逻辑门和触发器等基本单元，通过对基本单元的连接组合，实现所需电路功能的设计。
逻辑综合
逻辑综合
可逻辑综合的VHDL代码示例
• 异步复位D触发器
DFFA: PROCESS(clk, reset) BEGEN IF (reset = ‘0’) THEN data_out <= (OTHERS => ‘0’); ELSIF (clk’EVENT AND clk = ‘1’) THEN data_out <= data_in; END IF; END PROCESS DFFA;
3
4
5
6
7
8
逻辑综合
• 优化策略
数字电路的设计原则上是分 层次的。最高层（Top-Level） 通常是由互相联系的块组成 右图显示了从VHDL语言到目 标网表的步骤 优化策略包含两项：
• 平面化 • 结构化
technology: mapping netlist in target technology gate level: netlist logical level: boolean equations VHDL description flattening structuring
data_out <= (OTHERS => ‘0’); ELSIF (clk ‘EVENT AND clk = ‘1’) THEN data_out <= in1 XOR in2; END IF; END PROCESS SYNC;
逻辑综合
可逻辑综合的VHDL代码示例
• 带反馈回路的触发器
PROCESS (clk) BEGIN IF (clk ‘EVENT AND clk = ‘1’) THEN IF (ena = ‘1’) THEN data_out <= a; END IF; END IF; END PROCESS;
数字电路与逻辑设计综合设计实验报告
北京邮电大学数字电路与逻辑设计综合实验实验报告实验名称：简易二层电梯控制器学院：电子工程学院班级：学号：姓名：2012年11月10日一、实验课题要求在本次数字电路的综合设计实验中，我选择的课题为简易二层电梯控制器，其设计要求如下：模拟真实电梯的运行情况，设计制作一个简易电梯控制器控制二层电梯的运行。
基本要求：1.电梯设有一层、二层外部呼叫按钮和内部一层、二层指定按钮（BTN）；2.利用数码管显示电梯所在楼层，用LED显示电梯运行状态如上行、下行、开门、关门等。
提高要求：1.点阵显示楼层；2.用点阵显示楼层的上下滚动移出移入表示电梯的上行或下行运行方向；3.增加为三层电梯控制器。
综合考虑实验的基本要求和提高要求，在设计过程中直接设计成三层电梯控制器，因为三层电梯的状态考虑起来比二层容易，同时避免了从二层改为三层的麻烦，因此后续的设计直接按照三层电梯的要求进行实现。
二、系统设计1.设计思路本实验课题主要任务为完成一个和实际功能相符合的电梯控制器，由于一个电梯的运动有不同的状态，而且是一个不间断的过程，因此电梯控制器采用状态机来实现，思路比较清晰。
将电梯运动的各个过程设置为初始、上升、停留、下降、等待等一个个独立的状态。
而对于等待状态，则又包含开门、乘客出入、关门等各个过程，又需要严格细分。
划分好电梯的各个状态后，需要分清他们之间的关系，完成源程序的编写与仿真调试。
最后，一个电梯控制器的实现需要有上下停留等等控制按键，还有状态的显示，所以我们用按键开关BTN 来控制电梯的呼叫、停留等，用数码管显示电梯所在楼层，用LED 发光二级管显示电梯上行、下行、开关门的过程，这样一个电梯的控制便能有效实现，并且简便、容易观察。
有了这样一个整体的设计思路，往下进行一步步的实现便有了清晰的步骤可循。
2.总体框图为了清晰地展示三层电梯控制器的各部分逻辑关系，需要用逻辑框图来直观地反映。
1）系统结构框图图1 系统结构框图2）逻辑划分方框图CP图2 逻辑划分方框图3）逻辑流程图CPC ：可以选择楼层信号 S ：选择层数，可以是1-3图3 系统逻辑流程图三、源程序在完成对电梯控制器的总体设计和一定的构思之后，便开始运用VHDL语言进行程序编写的工作。
数字ic后端的基础概念
数字ic后端的基础概念数字集成电路（IC）后端设计涉及到电子芯片的制造和验证阶段，包括物理设计、布局、验证、封装和测试等方面。
以下是数字IC后端设计的一些基础概念：1. 物理设计：物理设计是指将逻辑设计转换为实际的物理结构，包括电路布局和布线。
这一阶段包括：•综合：将高级综合（HLS）或逻辑综合的输出转换为门级电路。
•布局：安排电路元素的物理位置，以满足性能、功耗和面积等要求。
•布线：建立电路中的互连路径，以确保信号能够正确传输。
2. 时序分析：时序分析用于评估电路中信号传输的时序特性，确保电路在规定的时钟频率下正常运行。
3. 功耗分析：对芯片的功耗进行估算和优化，以确保在预定的功耗范围内运行。
4. 静态时序分析（STA）： STA 用于分析电路的时序特性，确保信号在规定的时间限制内到达目的地。
5. 时钟树合成：时钟树合成是设计时钟系统的一部分，确保时钟信号在整个芯片上均匀分布，以减小时钟信号的延迟差异。
6. 物理验证：确保物理设计满足设计规范和约束，包括设计规则检查（DRC）和佈线规则检查（LVS）。
7. 封装和测试：完成物理设计后，芯片被封装成集成电路封装，并进行测试以确保质量和性能。
8. 设计规则：设计规则是在物理设计阶段需要满足的约束，通常由制造厂商提供。
这些规则涉及到最小尺寸、最小间距等。
9. 电磁兼容性（EMC）： EMC 是考虑电磁场相互影响，防止电磁干扰的重要概念。
10. 设计闭环：后端设计通常需要与前端设计进行密切合作，确保物理设计满足逻辑设计的要求。
这些是数字IC后端设计中的一些基础概念，实际的后端设计流程可能会更加复杂，具体取决于芯片的复杂性和应用领域。
数字电路设计流程
数字电路设计流程
数字电路设计流程大致可以分为以下几个步骤：
1. 需求分析：在数字电路设计之前，需要明确电路的需求，包括确定电路的功能、输入和输出的规格以及性能要求。
这一步骤的主要目的是明确设计的目标，为后续的步骤提供指导。
2. 逻辑设计：这是数字电路设计的核心环节。
在逻辑设计中，使用逻辑门（与门、或门、非门等）和触发器等元件来实现电路的逻辑功能。
这一步骤需要使用数学和布尔代数的知识，通过对逻辑关系的分析和处理，得到电路的逻辑图。
3. 设计/验证：在完成逻辑设计后，需要验证设计的正确性。
这通常通过模拟和仿真来完成，以确保电路的功能满足需求。
4. 代码风格检查：对设计的代码进行风格检查，以确保代码的一致性和可读性。
5. 综合：将设计的逻辑转换为门级网表，这一步通常使用综合工具完成。
6. DFT设计：进行可测试性设计，以确保生产的电路可以被有效地测试。
7. 后端PnR：进行布局和布线，将门级网表转换为实际电路的布局。
8. 静态时序分析STA：检查设计的时序，以确保设计的性能满足要求。
9. 后仿：进行仿真以验证设计的正确性和性能。
10. 流片：将设计送至工厂进行生产。
11. 封装测试：对生产出来的芯片进行测试，确保其性能和功能符合预期。
测试结果会反馈给下一代的项目，形成一个良性的循环。
以上步骤是数字电路设计的基本流程，具体步骤可能会因项目需求和设计工具的不同而有所差异。
数字逻辑电路asic设计
数字逻辑电路asic设计数字逻辑电路ASIC设计是一个复杂的过程，涉及多个阶段。
以下是设计的基本步骤：1. 功能指标：明确设计的目的和功能需求，这通常涉及到详细的功能描述和接口定义。
2. 系统级设计：使用高级语言（如Matlab、C等）对各个模块进行描述，并进行方案的可行性验证。
3. 前端流程：RTL寄存器传输级设计：使用硬件描述语言（如Verilog）对电路进行描述，重点是寄存器之间的传输。
功能验证（动态验证）：对设计的功能进行仿真验证，需要激励驱动，是动态仿真。
常用的仿真验证工具包括Mentor公司的Modelsim、Synopsys的VCS和Cadence的NC-Verilog。
逻辑综合（Design Compile）：指定特定的综合库，添加约束文件。
逻辑综合得到门级网表（Netlist）。
4. 后端流程：物理设计（Layout）：基于逻辑综合后的网表进行物理设计，包括布局、布线和时钟树综合等。
DRC/LVS 检查：进行设计规则检查和布局与电路图一致性检查，确保设计的正确性和工艺的可行性。
5. 形式验证（静态验证）：对综合后的网表进行功能上的验证。
6. 版图生成：根据设计要求和工艺参数，生成用于制造的版图。
7. 投片制造：将生成的版图送至半导体制造工厂进行制造。
8. 测试与验证：制造完成后，对芯片进行测试和验证，确保其功能和性能满足设计要求。
9. 封装与上市：如果芯片通过所有测试和验证，则进行封装，并推向市场。
在进行ASIC设计时，需要权衡多个因素，如速度、面积、功耗和上市时间等。
另外，ASIC设计是一项复杂且技术性很强的工作，通常需要由经验丰富的工程师团队来完成。
计算机硬件设计中的逻辑综合与布局布线
计算机硬件设计中的逻辑综合与布局布线计算机硬件设计中的逻辑综合与布局布线是现代数字电路设计的重要环节。
逻辑综合是指将高级语言或者硬件描述语言（HDL）描述的设计转化为逻辑电路的过程，而布局布线则是将逻辑电路映射到物理芯片上的过程。
本文将从逻辑综合和布局布线的概念、工具与流程以及优化方法等方面进行论述。
一、逻辑综合逻辑综合是数字电路设计的首要环节，它是将高级语言或HDL描述的设计转换为可实现的逻辑电路的过程。
逻辑综合可以分为两个主要步骤：综合和优化。
1. 综合综合的目标是将输入的高级语言或HDL描述的设计转化为门级电路的结构，也就是将设计转换为逻辑门电路。
综合工具会将设计中的逻辑运算符和寄存器等元件映射为逻辑门的组合，并生成逻辑网表。
逻辑网表描述了电路的所有逻辑元件和它们之间的连接关系。
2. 优化优化是为了改进综合后的电路的性能，包括面积、功耗和时序等。
通过逻辑优化，可以减少电路中的逻辑门数量、减小功耗以及提高电路的工作速度。
逻辑综合工具会根据设计约束和优化目标对逻辑网表进行优化，产生更加高效的逻辑电路。
二、布局布线布局布线是将逻辑电路映射到物理芯片上的过程，它决定了芯片中各个元件的摆放位置和电路中各个信号线的走向。
布局布线主要有两个方面的考虑：1. 布局布局的目标是将逻辑电路中的元件放置到芯片的适当位置上。
合理的布局能够减少信号传输距离、降低电路的时延，并且便于后续的布线过程。
布局工具会根据时序和面积等约束，将逻辑元件进行适当的摆放，以最大程度地满足设计要求。
2. 布线布线是指在芯片上设计逻辑电路中的信号线路，包括信号线的走向和连接方式等。
布线的目标是减少信号传输延迟、功耗以及互连长度等。
布线工具会根据设计约束自动对逻辑网表中的信号线进行布线，并生成布线结果。
三、优化方法在逻辑综合和布局布线过程中，有多种优化方法可以提高硬件设计的性能和效果。
这些方法包括：1. 时序优化：通过改变电路中的时序约束，优化电路的时延和时序性能。
数字电路设计中的逻辑综合与优化方法
数字电路设计中的逻辑综合与优化方法在数字电路设计中，逻辑综合与优化是非常重要的一个步骤，它能够帮助设计者将设计的逻辑功能转化为实际的电路结构，并优化设计以达到更好的性能和效率。
在数字电路设计中，逻辑综合与优化方法有许多种，下面将介绍其中一些常用的方法。
首先，逻辑综合是将设计电路的逻辑功能转化为逻辑门的过程。
在逻辑综合中，设计电路会通过综合工具自动将设计描述转化为与实际器件相对应的逻辑元件，如与门、或门等。
逻辑综合能够帮助设计者更好地理解设计电路的功能，并为后续的优化提供基础。
在逻辑综合的过程中，设计者可以通过改变逻辑元件的布局和连接方式来优化设计，使其具有更好的性能和效率。
其次，优化方法是为了使设计电路达到最佳性能和效率而进行的一系列操作。
在数字电路设计中，经常会使用逻辑综合工具来进行逻辑优化。
逻辑优化的目标是减少电路的延迟、面积和功耗，以及提高电路的速度和稳定性。
在优化的过程中，设计者需要对设计电路进行分析，找出其中的潜在问题并进行优化。
常用的优化方法包括逻辑重构、管脚分配、时序优化等。
此外，还有一些特定的逻辑综合与优化方法，如技术映射、布线与时序分析等。
技术映射是根据目标器件的特性和约束条件选择逻辑元件的过程，通过技术映射能够使设计电路更好地适应目标器件的特性。
布线是根据电路的结构和约束条件进行连线布局的过程，布线的合理性直接影响电路的性能和稳定性。
时序分析是用来分析和优化电路的时序性能，通过时序分析可以发现和解决电路中的时序问题。
总的来说，逻辑综合与优化是数字电路设计中非常重要的一个环节，它能够帮助设计者将设计的逻辑功能转化为实际的电路结构，并优化设计以达到更好的性能和效率。
在数字电路设计中，逻辑综合与优化方法有许多种，设计者可以根据实际情况选择合适的方法来进行设计优化。
通过逻辑综合与优化，设计者可以设计出更加高效和性能优秀的数字电路。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
系统层次的划分与基本概念
在DC中，每个设计由6个设计物体组成，它们分别是design，cell，port， pin，net和clock。其中clock是特别的端口，它存在DC内存中，是用户自己 定义的物体。如下图所示：
12
当前设计为TOP。Port和Pin是与当前设计有关的一对概念，如果当前设计改 变，相应的port和pin也会不同
set_driving_cell –lib_cell and2a0 [get_ports IN1] \
–library slow
19
set_drive 10 [get_ports Data_in_0] set_load将工艺库中定义的单位（通常为pf）上的容性负载设置到设计的指
定连线或端口，设置输出端口的负载。 set_load 5 [get_ports OUT1] set_load [load_of my_lib/and2a0/A] [get_ports OUT1]
2
3
综合过程中时序与面积的关系 从下图中可以看出面积与延迟的折衷关系，综合工具以约束为指导，在满足时
序的情况下获得最小面积。如果不施加约束，综合工具会产生非优化的网表， 而这是不能满足要求的网表。所以约束对于综合来说是必不可少的。
4Leabharlann 综合的基本流程 1.准备RTL代码：RTL代码经过前端仿真后才能用于综合。
set_operating_conditions -max slow -max_library slow \ -min fast -min_library fast
可以用set_min_library指定best和worst两种库，在设计中所用到的库都可 以指定。如: # 为综合用的sram库指定最佳情况可最坏情况
unix％ dc_shell-t
（命令界面）
unix％ design_vision
（图形界面）
Design Compiler支持TCL（Tool Command Language）语言，它是公开的业界 标准界面语言。DC-Tcl在TCL的基础上扩展丰富了TCL，使用户可以更加灵活
方便地运用TCL命令来对电路进行分析和优化。
9
变量的设定：设置的变量在DC启动时读入，便于综合的处理，同时有些DC的 变量必须在设置文件中输入。如可以设定命令的简写，保存多少条命令等： alias cud current_design alias rpt report_timing history keep 300
10
综合脚本实例（.synopsys_dc.setup）
读入代码后用命令current_design和link将读入的设计和综合库连接起来。
14
电路的设计目标与约束
RTL模块综合的流程如下图所示。电路的约束分为设计环境和设计约束，DC 以约束为目标进行电路优化。
15
设计环境 通过环境约束的设计，将设计所处的真实环境因素包含进去，使得设计可以 正常工作在真实环境下。环境约束如下图所示:
2.定义库：设定好所需要用到的综合库等多种库。
3.读入设计：综合工具读入RTL代码并进行分析。
4.定义设计环境：设定设计的工作环境、端口的驱动和负载，线负载模型等 。
5.设置设计约束：这是综合的一个极其重要的环节，设定好正确的约束才能 得到正确的综合结果。约束要适当，不能过紧或过松。主要是定义时钟和I/O 的约束。
3.enclosed模式指定所有的连线（属于子模块的）将继承完全包含该子模块 的模块线载模型。如上图中，整条连线处于模块MID的完全包围中，所以采 用40x40线载模型。其命令如下
set_wire_load_mode enclosed
set_driving_cell和set_drive用于设置模块输入端口的驱动能力。set_drive 命令用于指定输入端口的驱动强度，它主要用于模块或芯片端口外驱动电阻 。set_driving_cell用于对输入端口的驱动电阻进行建模，这一命令将驱动单 元的名称作为其参数并将驱动单元的所有设计规则约束应用于模块的输入端 口。
DC中包含了多种工具，如DFT Compiler，Power Compiler，HDL Compiler， Library Compiler等，使得DC具有强大的功能，成为业界最流行的综合工具
。
7
目标库和初始环境的设置
DC启动时会先启动.synopsys_dc.setup文件，它里面设定了综合所需要的工 艺库的信息以及一些对于工具的设定命令。
set_min_library sram_slow.db –min_vision sram_fast.db
17
set_wire_load_model命令为DC提供估计的线负载信息，反过来DC使用线 载信息把连线延迟建模为负载的函数，Synopsys工艺库里提供了多种线载模 型，每个模型代表一个特定大小的模块。设计人员需要准确地选择线载模型 。设置线载模型命令如下： set_wire_load_model –name smic18_wl10 –library slow
13
设计读入
读入设计有多种方法，DC支持读入Verilog，VHDL，可以是RTL级代码，也 可以是门级网表，也可是ddc格式的文件。综合前的设计不需用RTL格式（虽 然也有其它格式）输入到DC中。
可以用以下命令读入设计： 1.analyze和elaborate命令：这是两个不同的命令，它使得设计人员可以在 建立设计通用逻辑之前先对设计进行语法错误和RTL转换分析。 2.read_file命令：如： read_file –format verilog sd_clk.v 3.read_verilog或read_vhdl命令，这些是从read_file中分离出来的命令， 如： read_verilog sd_clk.v
满足设计的功能、时序和面积的要求 综合是约束驱动（constraint driven）的，给定的约束是综合的目标。约束
一般是在对整个系统进行时序分析得到的，综合工具会对电路进行优化以满 足约束的要求。 综合以时序路径为基础进行优化。 常用的综合工具有Synopsys公司的Design Compiler 和Candance公司的 Enconter RTL Compiler
20
设计约束
设计约束描述了设计目标，包括时序和面积等。DC会依据约束来优化电路。 因为不实际的规范会导致面积增大、功耗增加和/或时序恶化，所以设计人员 必须根据情况指定实际的约束，约束设计的基本命令如下图所示。
21
时钟
单周期同步设计的时序要求 DC默认的时序电路是单周期的，如下图所示。假设FF3的建立时间为Tsetup，
设定时钟的uncertainty、latency和transition，其中uncertainty是用来模拟 时钟的skew和jetter，latency设定时钟的延迟，transition设定时钟的转换 时间。通过这些设定让时钟更加接近实际情况，更有利于综合的准确性，但 过分约束会使得综合起来比较困难。
在综合之前，要设定好所需要的库，如综合库、I/O单元库，IP核等。 半导体厂商提供与DC兼容的工艺库－综合库，它包含许多信息，如单元的功
能、面积、时间、功耗、测试等，线负载模型，工作条件和设计规则约束等 。在0.18um的工艺下，可采用非线性延迟模型（NLDM）来计算单元的延迟。 单元的延迟与输入的逻辑转换时间和输出负载有关。根据每个单元的输入逻 辑转换时间和输出负载，在工艺库提供的查找表（Look-Up Table）中查出单 元的延迟。
set_wire_load_mode定义了三种同建模线负载模型相关的模式，分别是top ，segmented和enclosed，如下图所示：
18
1.top模式定义层次中所有连线将继承和顶层模型同样的线载模型。如上图中 ，所有的连线都继承顶层的线载模型50x50。
2.segmented模式用于跨越层次边界的连线。如上图中，子模块A和子模块B 中的连线继承各自的线载模型，而A与B之间的连线继承模块MID的线载模型 。
8
.synopsys_dc.setup文件
.synopsys_dc.setup文件主要包括各种库的设定，变量的设定等。下面具体 介绍各种库的意义及如何设定。（实例） 目标库（target_library）： 是DC在做编译（compile）的时候来构成电路图的，将电路映射到具体的单元 上。例如 set target_library my_tech.db 链接库（link_library）： 是将设计连接到对应的库上，一般包含目标库、宏单元、IP核等。例如： set link_library “* my_tech.db”。其中“*”指明当链接设计时，DC先 搜寻内存中已有的库，然后再搜寻变量link_library中制定的其它库。 符号库（symbol_library）： 定义了单元显示的图形库，当用design_vision来查看图形的时候使用。 综合库（synthetic_library）： 是由Synopsys公司提供的DesignWare库，包含了许多IP核及运算单元，用于 实现verilog描述的运算符，为电路的优化起着重要的作用。 搜寻路径（search_path）： 指定各种库的路径，可以将所用的库的路径放入search_path中，在设定 target_library和link_library时就不必加上库的绝对路径，DC会自动在 search_path中寻找所用到的库的路径从而读入该库。
9.保存设计数据：综合完成后，保存各种数据，以供后续的布局布线使用（ 5
Basic Flow
Develop HDL files
Specify libraries Read design
Define design environment
Set design constraints