硬件描述语言

系统级描述语言（SLDL）
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1.3
（1） System C
System C （IEEE1666）由一组描述类库和一个包含仿真核的库组成。 在用户的描述程序中，必须包括相应的类库，可以通过通常的ANSI C++编 译器编译该程序。System C提供了软件、硬件和系统模块。用户可以在不 同的层次上自由选择，建立自己的系统模型，进行仿真、优化、验证、综 合等等。
2. 行为设计
用HDL语言描述系统数学模型
3. 功能仿真
仿真的目的是验证；行为级仿真以验证给定的行为描述是否能够实现所 需的功能
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4. 逻辑综合
目的是转化与优化，将RTL级HDL代码映像到具体的综合库上加以实现。 实现逻辑综合的前提是有逻辑综合库（已含有门级延时、单元面积、 扇入扇出系数等工艺参数）。逻辑综合与优化的约束条件：速度，面 积，工艺，功耗，负载，电路的编程资源。
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1.1
二.电子系统设计方法的发展
随着电路规模的增大，计算机辅助设计手段在集成电路设计中起着越 来越重要的作用
手工设计
CAD（Computer Aided Design） CAE（Computer Aided Engineering） 设计后端工具，如提供PCB、 布局布线、芯片版图绘制等 设计前端工具，如仿真工具， 综合工具等 包括上述的CAD、CAE工具 系统级的抽象描述，混 合仿真工具
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1.2
4. 其它HDL
ABEL-HDL －－早期的硬件描述语言。 从早期可编程逻辑器件（PLD)的设计中发展而来。 AHDL－－(Altera HDL) 是ALTERA公司发明。特点是非常易学易用。 它的缺点是移植性不好，通常只用于ALTERA自己的开发系统。
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1.3 硬件描述语言的新发展
随着半导体技术的迅猛发展，SoC已经成为当 今集成电路设计的发展方向。在系统芯片的各个设 计中，像系统定义、软硬件划分、设计实现等，集 成电路设计界一直在考虑如何满足SoC的设计要求 ，一直在寻找一种能同时实现较高层次的软件和硬 件描述的系统级设计语言。
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1.3
举例：SOC设计
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1.2
3. VHDL和Verilog HDL的区别
VHDL在系统级描述方面具有潜在的适应性，在行为级描述方面强 于Verilog HDL，而Verilog HDL则在结构描述方面远优于VHDL，因 而在ASIC领域得到了更为广泛的应用； VHDL不能完成开关级描述，所以即便是VHDL的设计环境，在底 层实质上也是由Verilog HDL描述的器件库支持的； Verilog HDL与VHDL的代码数之比为1：3，前者的编程风格更加 简洁、高效； VHDL源于ADA语言，而Verilog HDL源于C语言，易学易用，建议 学习HDL应该从学习Verilog HDL开始；
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1.3
2. System Verilog
System Verilog （IEEE1800）集合了Verilog的简洁、C语言的强大 、功能验证和系统级结构设计等特征，是一种高速的硬件描述语言。
System Verilog
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1.2
三.常见的HDL语言
1. VHDL： VHDL（Very-High-Speed Integrated Circuit HDL） 诞生于1982年。1987年底，VHDL被IEEE和美国国防部确认 为标准硬件描述语言。
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1.2
2. Verilog HDL
1983年：GDA公司的Phil Moorby首创 1984-1985年：Moorby设计出第一个Verilog仿真器 1986年：Moorby提出快速门级仿真的XL算法 1989年：Cadence公司收购了GDA公司 1990年：Cadence公司公开发表Verilog HDL语言，OVI(Open Verilog International）组织成立 1995年：IEEE制定了Verilog HDL标准，即IEEE1364-1995
一. 什么是硬件描述语言（HDL）
HDL－－Hardware Description Language 硬件设计人员和EDA工具之间的界面； 具有特殊结构能够对硬件逻辑电路的功能进行描述的一种 高级编程语言，这种特殊结构能够：
– 描述电路的连接 – 描述电路的功能 – 在不同抽象级上描述电路 – 描述电路的时序 – 表达具有并行性
EDA (Electronic Design Automatic) ESDA(Electronic System Design Automation)
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EDA典型流程
系统规范说明
系统划分
设计输入
功能仿真
布局布线－版图
时序仿真
综合、优化－网表
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参数提取－后仿真
制版流片
芯片测试
1.1
1. 总体设计
·系统设计：技术规格→功能划分→设计框架（耦合与内聚）→系统方案 （加工厂家、工艺水准） ·系统仿真：系统实现算法，方案最佳化论证
5. 时序仿真—门级仿真
对电原理图的仿真，已包含有门单元的延时信息，需要相应工艺的仿 真库的支持。
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1.1
6. 版图设计
布局布线：完成版图的布局布线
7. 后仿真
从版图提取出联机电阻、联机电容等分布参数，特别是互联机延时， 反标到门级网表中，进行后仿真，主要是看时序是否满足要求
8. 制版投片
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1.2 硬件描述语言
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元件数 < 100 < 102～103 < 103～105 < 105～107 < 107～108
MOS管、双极管 <100 <100～1000 <1000～10000 <10,000～1,000,000 <1,000,000～ 10,000,000
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32nm处理器 2ຫໍສະໝຸດ 亿 酷睿 8亿 Pentium IV 5700万
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设计者可以利用这种语言来描述 自己的设计思想，然后利用EDA 工具进行仿真验证和时序分析， 再自动综合到门级电路，最后用 ASIC或FPGA实现其功能。
1.2
二.用HDL进行电子系统设计的优点
1. 能将电子系统在不同抽象层次上进行精确而简练的描述； （系统级、行为级、RTL级、逻辑门级、开关级） 2. 能在每个抽象层次的描述上对设计进行模拟验证； 3. 借助EDA工具能自动将HDL语言转换成门级网表和电路优化； 4. 较高层次的HDL描述与具体工艺无关，便于标准化和发展可重 用设计技术； 5. 使用HDL进行设计类似于编写计算机程序，带有文字注释的源 程序非常便于开发和修改； 6. 推动EDA设计技术及整个电子行业的快速发展；
第一章 概 述
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1.1 电子系统设计方法的发展
一.集成电路的发展
器件 小规模电路 中规模电路 大规模电路 超大规模电路 特大规模电路
等效门数 器件（Device） 小规模集成电路（SSI） 中规模集成电路（MSI） 大规模集成电路（LSI） 超大规模集成电路（VLSI） 特大规模集成电路（ULSI）