第二章集成电路设计及SOC概论
soc方案分析
soc方案分析一、什么是SOC方案？SOC（System on a Chip）是一种越来越常见的集成电路设计方案，它将不同的功能模块集成到一个芯片上，包括中央处理器（CPU）、图形处理器（GPU）、内存、硬盘控制器、网络接口等。
SOC方案旨在提供更高性能、更低功耗和更小体积的解决方案。
二、SOC方案的特点1. 高性能：SOC方案采用最新的芯片制程技术和设计方法，能够实现更高的集成度和计算性能。
通过集成各种功能模块，SOC可以支持复杂的应用需求，如人工智能、虚拟现实等。
2. 低功耗：SOC方案通过优化设计，降低功耗消耗。
集成多个模块在一个芯片上，可以减少功耗和信号传输损耗，提高系统效率。
此外，SOC还可以根据不同的使用场景，调整功耗模式，进一步降低能耗。
3. 小体积：SOC方案将多个功能集成到一个芯片上，减少了组件和连接线的数量，从而降低了整个系统的体积。
这对于移动设备、物联网等场景更加重要，可以提供更小巧的设备和更高的集成度。
4. 可靠性：SOC方案通过多模块集成，减少了组件之间的接口和连接，降低了系统故障的可能性。
此外，SOC还采取了冗余设计、电源管理和故障检测等措施，提高了系统的可靠性和稳定性。
三、SOC方案的应用领域1. 移动设备：SOC方案在智能手机和平板电脑等移动设备上得到广泛应用。
通过集成CPU、GPU、射频芯片和其他必要的模块，SOC可以提供高性能的移动体验，并支持多种功能如拍照、视频录制、物联网连接等。
2. 物联网：SOC方案在物联网领域的应用越来越广泛。
通过集成传感器、通信模块和处理器，SOC可以实现智能家居、智能城市、智能交通等应用场景，提升生活和工作的便利性。
3. 汽车电子：SOC方案在汽车电子领域也有重要应用。
通过集成多个模块，SOC可以实现车载娱乐、导航、驾驶辅助等功能，并提高车辆的性能和安全性。
4. 工业控制：SOC方案在工业控制领域带来了革命性的变化。
通过集成高性能处理器和多个传感器，SOC可以实现复杂的工业自动化过程，提高生产效率和质量。
soc设计方法
soc设计方法SOC设计方法（System-on-a-Chip Design Methodology）是一种集成电路设计方法，旨在将多个硬件和软件组件集成在一颗芯片上，以实现系统级功能。
本文将介绍SOC设计方法的基本概念、流程和应用。
一、SOC设计方法的基本概念SOC设计方法是现代集成电路设计的一种重要方法，它通过将多个功能模块、硬件和软件组件集成在一颗芯片上，实现系统级功能。
SOC设计方法的基本概念包括：功能集成、资源共享、性能优化、功耗控制等。
功能集成是指将多个独立的功能模块集成到一颗芯片上，实现系统级功能。
资源共享是指不同功能模块之间共享芯片上的硬件和软件资源，提高资源利用率。
性能优化是指通过硬件和软件的优化，提高芯片的性能。
功耗控制是指通过硬件和软件的优化，降低芯片的功耗。
二、SOC设计方法的流程SOC设计方法的流程包括：需求分析、架构设计、功能设计、集成设计、验证和测试等。
需求分析阶段是SOC设计的起点，主要确定系统的需求和功能。
通过对系统需求的分析，确定芯片的功能、性能和功耗等指标。
架构设计阶段是SOC设计的关键步骤，主要确定芯片的体系结构和功能模块的划分。
在这个阶段，需要考虑系统的性能、功耗和资源利用率等因素，并进行合理的权衡和设计。
功能设计阶段是SOC设计的核心环节，主要完成各个功能模块的详细设计和编码。
在这个阶段，需要根据需求和架构设计的要求，进行功能模块的设计和实现。
集成设计阶段是将各个功能模块进行集成，形成整个系统的过程。
在这个阶段，需要进行模块之间的接口设计和调试，确保各个功能模块的正确集成。
验证和测试阶段是对设计的全面验证和测试，以确保芯片的功能和性能符合需求。
在这个阶段，需要进行功能验证、性能测试和功耗验证等。
三、SOC设计方法的应用SOC设计方法在现代集成电路设计中得到广泛应用。
它可以应用于各个领域，如消费电子、通信、汽车电子、医疗电子等。
在消费电子领域，SOC设计方法可以将多个功能模块集成在一颗芯片上，实现智能手机、平板电脑等设备的多种功能，提高系统性能和功耗控制。
嵌入式系统课程考习题型及答案
第一章绪论1．什么是嵌入式系统嵌入式系统的特点是什么答：嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为根底、软硬件可裁剪、能满足应用系统对功能、可靠性、本钱、体积、功耗等指标的严格要求的专用计算机系统。
特点：1.嵌入式系统得到多种类型的处理器和处理器体系结构的支持；2.嵌入式系统通常是形式多样、面向特定应用的；3.嵌入式系统通常极其关注本钱；4.嵌入式系统有实时性和可靠性的要求；5.嵌入式系统使用的操作系统一般是适应多种处理器、可剪裁、轻量型、实时可靠、可固化的嵌入式操作系统；6.嵌入式系统开发需要专门工具和特殊方法。
2．请说出嵌入式系统与其它商用计算机系统的区别。
答：特征通用计算机嵌入式系统形式和类型看得见的计算机。
看不见的计算机。
按其体系结构、运算速度和结构规模等分形式多样，应用领域广泛，按应用来分为大、中、小型机和微机组成通用处理器、标准总线和外设。
面向应用的嵌入式微处理器，总线和外部接口软件和硬件相对独立多集成在处理其内部。
软件和硬件紧密集成在一起开发方式开发平台和运行平台都是通用计算机采用交叉开发方式，开发平台一般是通用计算机，运行平台是嵌入式系统二次开发性应用程序可重新编制一般不能再编程嵌入式的关键技术有哪些答：1.嵌入式处理器；2.微内核结构；3.任务调度；4.硬实时和软实时；5.内存管理；6.内核加载方式4．请说明嵌入式系统技术的开展及开发应用的趋势。
答：开展趋势：1嵌入式应用软件的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持；互联网成为必然趋势。
支持小型电子设备实现小尺寸、微功耗和低本钱。
提供精巧的多媒体人机界面。
开发应用的趋势：向经济性、小型化、可靠性、高速、低功耗、低本钱、高精度方向开展5．你知道嵌入式系统在我们日常生活中哪些设备中应用说明其采用的处理器是什么采用的哪一个嵌入式操作系统答：设备处理器操作系统开发环境ipad4AppleA6X ios6Xc ode三星GalaxyS5高通骁龙801AndroidOS〔2560MHz〕PDA PXA25XPalmOS/Windou sCE路由器ARM9ucLinux数码相机ARM9+DSP5000ucLinux6．开发嵌入式系统的计算机语言主要有哪几种分别用在什么场合答：C语言应用在开发操作系统，和硬件相关的一些应用程序。
soc芯片ppt课件
外设接口设计
外设接口类型
选择合适的外设接口类型，如SPI、I2C、 UART等。
外设中断处理
实现外设中断的快速响应和处理。
外设驱动程序开发
编写外设驱动程序，实现外设与处理器核的 通信和控制。
外设时钟管理
对外设接口进行时钟管理，确保外设正常工 作。
03
CHAPTER
SOC芯片开发流程
需求分析
01
总结词
智能语音助手芯片是SOC芯片在智能语 音识别领域的应用，它能够实现高效、 准确的语音识别和语音合成，为智能语 音助手提供强大的技术支持。
VS
详细描述
智能语音助手芯片集成了高性能的语音信 号处理算法和人工智能技术，能够快速、 准确地识别用户的语音指令，并自动完成 相应的任务。它广泛应用于智能家居、智 能车载、智能客服等领域，为用户提供便 捷、高效的人机交互体验。
SOC芯片在通信领域中主要用于高速数据传输和处理，如路由器、交换机等设备中；在计算机领域中主要用于高 性能计算和数据中心等；在消费电子领域中主要用于智能手机、平板电脑等便携式设备中；在汽车电子领域中主 要用于车载娱乐系统、安全控制系统等。
SOC芯片的发展历程
总结词
SOC芯片的发展历程经历了从简单到复杂、从单一到多元的演变。
详细描述
SOC芯片是一种系统级芯片，它将多个功能模块集成在一个芯片上，实现了高 度的集成度和性能。相比传统的集成电路芯片，SOC芯片具有更低的功耗、更 高的性能和更小的体积，因此被广泛应用于各种领域。
SOC芯片的应用领域
总结词
SOC芯片在通信、计算机、消费电子、汽车电子等领域有着广泛的应用。
详细描述
多核协同工作
智能休眠与唤醒
soc设计知识点总结
soc设计知识点总结SOC（System on Chip）指的是在一个芯片上集成了一系列功能模块，包括处理器、存储器、I/O接口等，使得整个系统可以在一个单一的芯片上完成。
SOC设计是现代集成电路设计的重要领域，本文将对SOC设计的关键知识点进行总结。
一、SOC设计概述SOC设计是一项综合性工程，涉及到多个学科和技术领域。
在SOC设计过程中，需要考虑以下几个核心要素：1. 系统架构设计：确定系统的功能需求和整体结构，包括处理器的选择、总线结构、存储器层次结构等。
2. IP核集成：选择合适的IP核并进行集成，对SOC的功能和性能起到关键作用。
IP核可以是自己设计的，也可以是从第三方获取的。
3. 性能优化：通过对系统进行优化，提升其性能表现。
优化可能涉及到处理器架构、存储器等方面。
4. 功耗管理：SOC设计中功耗管理是一个重要的问题，需要采取适当的手段减少功耗，以实现低能耗的设计。
5. 验证和调试：验证设计的正确性和性能是否满足需求，并进行调试修复问题。
二、SOC设计中的关键技术1. 处理器架构：SOC设计中处理器的选择和架构设计是一个重要的决策。
常见的处理器架构有ARM、MIPS等，选择适合应用场景的处理器架构可以提高系统性能。
2. 存储器层次结构：SOC设计中存储器的选择和层次结构的设计对系统性能有着重要影响。
常见的存储器包括寄存器、高速缓存、SDRAM等，通过合理的存储器层次结构设计可以提高系统的存取速度。
3. 总线设计：SOC中各个模块之间的通信需要通过总线来实现。
总线设计需要关注带宽、延迟、支持的传输协议等方面，合理的总线设计可以提高系统的性能。
4. 通信接口设计：SOC设计中的I/O接口设计对于系统的外部通信起到重要作用。
常见的接口包括UART、SPI、I2C等，通过设计高效的接口可以提高系统的数据传输速率。
5. 时钟和时序设计：SOC设计中需要考虑各个模块之间的时钟同步和时序关系。
合理的时钟和时序设计可以确保系统正常工作，避免由于时序问题而引起的故障。
SoC基本概念和设计流程
发展已有40 年的历史,它一直遵循摩尔所指示的规律推进,现已进入深亚微米阶段。
由于信息市场的需求和微电子自身的发展,引发了以微细加工为主要特征的多种工艺集成技术和面向应用的系统级芯片的发展。
随着半导体产业进入超深亚微米乃至纳米加工时代,在单一集成上就可以实现一个复杂的电子系统,诸如、数字、DVD 芯片等。
在未来几年内,上亿个晶体管、几千万个逻辑门都可望在单一芯片上实现。
SoC设计技术始于20世纪90年代中期,随着半导体工艺技术的发展, 者能够将愈来愈复杂的功能集成到单硅片上, SoC正是在集成电路( IC)向集成系统( IS)转变的大方向下产生的。
1994 年Motorola发布的Flex Core系统(用来制作基于68000和PowerPC的定制)和1995年LSILogic公司为Sony 公司设计的SoC,可能是基于IP ( Intellectual Property)核完成SoC设计的最早报导。
由于SoC可以充分利用已有的设计积累,显着地提高了ASIC的设计能力,因此发展非常迅速,引起了工业界和学术界的关注。
SOC是集成电路发展的必然趋势：1. 技术发展的必然2. IC 产业未来的发展。
SoC基本概念SoC的定义多种多样,由于其内涵丰富、应用范围广,很难给出准确定义。
一般说来, SoC称为系统级芯片,也有称片上系统,意指它是一个产品,是一个有专用目标的集成电路,其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。
同时它又是一种技术,用以实现从确定系统功能开始,到软/硬件划分,并完成设计的整个过程。
从狭义角度讲,它是信息系统核心的芯片集成,是将系统关键部件集成在一块芯片上;从广义角度讲, SoC是一个微小型系统,如果说中央处理器(CPU)是大脑,那么SoC就是包括大脑、心脏、眼睛和手的系统。
国内外学术界一般倾向将SoC定义为将微处理器、模拟IP核、数字IP核和存储器(或片外存储控制接口)集成在单一芯片上,它通常是客户定制的,或是面向特定用途的标准产品。
微电子学概论复习(知识点总结)
第一章 绪论1.画出集成电路设计与制造的主要流程框架。
2.集成电路分类情况如何？答：3.微电子学的特点是什么？答：微电子学：电子学的一门分支学科微电子学以实现电路和系统的集成为目的，故实用性极强。
微电子学中的空间尺度通常是以微米(μm, 1μm ＝10－6m)和纳米(nm, 1nm = 10-9m)为单位的。
微电子学是信息领域的重要基础学科微电子学是一门综合性很强的边缘学科涉及了固体物理学、量子力学、热力学与统计物理学、材料科学、电子线路、信号处理、计算⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧按应用领域分类数字模拟混合电路非线性电路线性电路模拟电路时序逻辑电路组合逻辑电路数字电路按功能分类GSI ULSI VLSI LSI MSI SSI 按规模分类薄膜混合集成电路厚膜混合集成电路混合集成电路BiCMOS BiMOS 型BiMOS CMOS NMOS PMOS 型MOS 双极型单片集成电路按结构分类集成电路机辅助设计、测试与加工、图论、化学等多个学科微电子学是一门发展极为迅速的学科，高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微电子学发展的方向微电子学的渗透性极强，它可以是与其他学科结合而诞生出一系列新的交叉学科，例如微机电系统(MEMS)、生物芯片等第二章半导体物理和器件物理基础1.什么是半导体？特点、常用半导体材料答：什么是半导体？金属：电导率106～104(W∙cm-1)，不含禁带；半导体：电导率104~10-10(W∙cm-1)，含禁带；绝缘体：电导率<10-10(W∙cm-1)，禁带较宽；半导体的特点：（1）电导率随温度上升而指数上升；（2）杂质的种类和数量决定其电导率；（3）可以实现非均匀掺杂；（4）光辐照、高能电子注入、电场和磁场等影响其电导率；半导体有元素半导体，如：Si、Ge（锗）化合物半导体，如：GaAs（砷化镓）、InP （磷化铟）硅：地球上含量最丰富的元素之一，微电子产业用量最大、也是最重要的半导体材料。
集成电路设计与集成系统课程
集成电路设计与集成系统课程一、介绍集成电路设计与集成系统课程是计算机工程和电子工程领域的一门核心课程，主要涉及在集成电路设计和系统实现方面的基础理论、方法和技术。
本文将从以下几个方面深入探讨该课程的主题。
二、集成电路设计2.1 集成电路的基本概念集成电路（Integrated Circuit，IC）是将大量的电子元器件（如晶体管、二极管等）集成在一块半导体材料上，形成一个完整的功能电路的技术。
对于集成电路设计课程而言，首先需要了解集成电路的基本概念，包括片上系统（SoC）的构成、分立元件与集成电路的区别等。
2.2 集成电路设计流程集成电路设计流程是指从设计概念到实际制造的整个过程。
常见的设计流程包括前端设计（Front-End Design）和后端设计（Back-End Design）。
在前端设计中，需要进行逻辑设计、电路设计和物理设计。
在后端设计中，主要包括版图设计、加工工艺和芯片测试等环节。
2.3 集成电路设计工具为了实现高效而准确的集成电路设计，需要借助一系列的设计工具。
常见的集成电路设计工具包括电路仿真工具、逻辑综合工具、版图设计工具等。
这些工具可以提供设计验证、性能优化以及电路测试等功能，为集成电路设计提供必要的支持。
三、集成系统3.1 集成电路与集成系统的关系集成电路是集成系统的基础，而集成系统则是在集成电路的基础上实现了特定功能的完整系统。
集成系统包括硬件、软件和固件等多个层面，需要涉及到电路设计、系统架构、嵌入式软件开发等领域的知识。
3.2 集成系统设计流程集成系统设计流程是指从需求分析、系统设计到部署和测试的一系列步骤。
在需求分析阶段，需要明确系统的功能、性能和接口要求等。
在系统设计阶段，需要进行硬件设计、软件开发和系统集成等工作。
最后，在部署和测试阶段，需要对系统进行验证和性能测试。
3.3 集成系统设计方法与技术为了实现高效而可靠的集成系统设计，需要采用一些先进的方法和技术。
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FPGA概述
可编程逻辑器件概述
起 源 ： 可 编 程 逻 辑 器 件 (Programmable Logic Device, PLD)起源于20世纪70年代，是在专用集成 电路(ASIC)的基础上发展起来的以后总新型逻辑器 件。
主要特点：完全由用户通过软件进行配置和编程， 从而完成某种特定的功能，并且可以反复擦写。
高度复杂电路系统的要求 什么是分层分级设计？
将一个复杂的集成电路系统的设计问题分解为复杂性较低 的设计级别，这个级别可以再分解到复杂性更低的设计级 别；这样的分解一直继续到使最终的设计级别的复杂性足 够低，也就是说，能相当容易地由这一级设计出的单元逐 级组织起复杂的系统。一般来说，级别越高，抽象程度越 高；级别越低，细节越具体
集成电路设计
引
言
什么是集成电路？(相对分立器件组成的电路而言) 把组成电路的元件、器件以及相互间的连线放在单个芯片 上，整个电路就在这个芯片上，把这个芯片放到管壳中进 行封装，电路与外部的连接靠引脚完成。 什么是集成电路设计？ 根据电路功能和性能的要求，在正 确选择系统配置、电路形式、器件结构、工艺方案和设计 规则的情况下，尽量减小芯片面积，降低设计成本，缩短 设计周期，以保证全局优化，设计出满足要求的集成电路。
查找表(Look-Up-Table)简称为LUT，LUT本质上就是 一个RAM。 目前FPGA中多使用4输入的LUT，所以每一个LUT可 以看成是一个有4位地址线的16╳1 的 RAM。当用户通过原 理图或HDL语言描述一个逻辑电路以后，PLD/FPGA开发软 件会自动计算逻辑电路的所有可能结果，并把真值表(即结 果)写入RAM，这样，每输入一个信号进行逻辑运算就等于 输入一个地址去进行查表，找出地址对应的内容，然后输出 即可。
机交互式布局布线、自动布局布线以及版图检查 和验证
SOC设计及FPGA概念
系统芯片（SOC）是微电子技术发展的必然
微电子技术的发展
GSI >109 ULSI 106~109 LSI MSI 103~104 100~1000 1966 1971
VLSI 105~106
集成度
SSI 10~100
1948 1961
版图设计过程：由底向上过程
版图验证与检查 DRC：几何设计规则检查 ERC：电学规则检查 LVS：网表一致性检查 POSTSIM：后仿真（提取实际版图参数、电阻、电 容，生成带寄生量的器件级网表，进行开关级逻辑模 拟或电路模拟，以验证设计出的电路功能的正确性和 时序性能等)，产生测试向量 软件支持：成熟的CAD工具用于版图编辑、人
掩膜编程：通过设计掩膜版图来实现所需的电路功
能，但由于可编程逻辑器件的规则结构，设计及验证 比较容易实现。
可编程逻辑器件分类
ROM、EPROM、EEPROM、PLA、 PAL、GAL 可编程逻辑阵列（PLA）：实现数字逻 辑
基本思想：组合逻辑可以转换成与-或逻辑 基本结构：
现场可编程门阵列(FPGA) （逻辑单元阵列）
既要使功能块之间的连线尽可能地少， 接口清晰，又要求功能块规模合理，便 于各个功能块各自独立设计。同时在功 能块最大规模的选择时要考虑设计软件 可处理的设计级别
算法级：包含算法级综合：将算法级描述转换到 RTL级描述 综 合： 通过附加一定的约束条件从高一级设 计层次直接转换到低一级设计层次的过程 逻辑级：较小规模电路
世纪60年代集成电路的出现所产生的影响。
可编程逻辑器件设计方法（PLD方法）
概念：用户通过生产商提供的通用器件自行进行现
场编程和制造，或者通过对与或矩阵进行掩膜编程， 得到所需的专用集成电路
编程方式：
现场编程：采用熔断丝、电写入等方法对已制备好
的PLD器件实现编程，不需要微电子工艺，利用相应 的开发工具就可完成设计，有些PLD可多次擦除，易 于系统和电路设计。
现场编程：
功能、逻辑设计 网表 硬件编程器 编程文件 编程软件
PLD器件
掩膜编程： PLA 版图自动生成系统，可以从
网表直接得到掩膜版图 设计周期短，设计效率高，有些可多次擦除， 适合新产品开发
FPGA的转换
FPቤተ መጻሕፍቲ ባይዱA转换到门阵列，降低价钱 网表转换，用布局布线后提出的网表及库单元映射 时序一致性 门阵列芯片的可测性（FPGA母片经过厂家严格测试） 管脚的兼容性 多片FPGA向单片门阵列转换
举例：x=a’b+ab’；CMOS与非门；CMOS反相器版图
典型的实际设计流程
1、系统功能设计 目标：实现系统功能，满足基本性能要求 过程：功能块划分，RTL级描述，行为仿真 功能块划分 RTL级描述（RTL级VHDL、Verilog)
RTL级行为仿真：总体功能和时序是否正确
功能块划分原则：
芯片、电路 板、子系统 部件间的物 理连接 芯片、宏单 元 单元布图
微分方程 晶体管、电 管子布图 阻、电容
设计信息描述
分类 内容 语言描述 (如VHDL语 功能描述与逻辑描述 言、 Verilog语言等 )
功能设计 设 计 逻辑设计 电路设计 功能图 逻辑图 电路图 符号式版图 , 版图
图
版图设计
④
在器件上，第4类为易失性器件，掉电后，配置数据 会丢失，在每次上电后需要重新进行数据配置。
可编程逻辑器件的发展史(4个阶段)
第一阶段：(20世纪70年代初到70年代中)
只有简单的PROM、紫外线可擦除只读存储器(EPROM）和 电可擦除只读存储器(EEPROM）3种。只能完成简单的数字逻
辑功能。
集成度高，使用灵活，引脚数多(可多达100
多条)，可以实现更为复杂的逻辑功能 不是与或结构，以可配置逻辑功能块 （configurable logic block）排成阵列，功能 块间为互连区，输入/输出功能块IOB 可编程的内部连线：特殊设计的通导晶体管 和可编程的开关矩阵 CLB、IOB的配置及内连编程通过存储器单 元阵列实现
逻辑和电路设计的输出：网表（元件及其连接关系）
或逻辑图、电路图 软件支持：逻辑综合、逻辑模拟、电路模拟、时序分析 等软件 (EDA软件系统中已集成)
实际设计流程
3.
版图设计
概念：根据逻辑与电路功能和性能要求以及工艺
水平要求来设计光刻用的掩膜版图， IC设计的最终输出。 什么是版图？一组相互套合的图形，各层版图相 应于不同的工艺步骤，每一层版图用不同的图案 来表示。 版图与所采用的制备工艺紧密相关
设计的基本过程
功能设计
逻辑和电路设计
版图设计
集成电路设计的最终输出是掩膜版图，通过
制版和工艺流片可以得到所需的集成电路。 设计与制备之间的接口：版图
设计特点和设计信息描述
设计特点(与分立电路相比)
对设计正确性提出更为严格的要求 测试问题 版图设计：布局布线 分层分级设计(Hierarchical design)和模块化 设计
从层次和域表示分层分级设计思想
域：行为域：集成电路的功能 结构域：集成电路的逻辑和电路组成 物理域：集成电路掩膜版的几何特性和 物理特性的具体实现 层次：系统级、算法级、寄存器传输级(也称 RTL级)、 逻辑级与电路级
系统级
算法级
RTL 级
逻辑级 电路级
行为、性 CPU、存储 能描述 器、控制器 等 I/O 算法 硬件模块、 数据结构 ALU、寄存 状态表 器、 MUX 微存储器 布尔方程 门、触发器
常见PLD 产品：可编程只读存储器 (PROM) 、现场 可编程逻辑阵列 (FPLA) 、可编程阵列逻辑 (PAL) 、 复杂可编程逻辑器件 (CPLD) 、和现场可编程门阵 列 (FPGA) 等类型。它们的内部结构和表现方法各 不相同
按照编程工艺可分为4类：
① ② ③
熔丝和反熔丝编程器件 可擦除可编程只读存储器编程器件 电信号可擦除的可编程只读存储器 (EEPROM ） 编程器件 SRAM编程器件 前3类为非易失性器件，编成后，配置数据保留
逻辑模拟与验证，时序分析和优化 难以综合的：人工设计后进行原理图输入，再进行 逻辑模拟
电路实现（包括满足电路性能要求 的电路结构和元件参数)：调用单元库
完成；
没有单元库支持：对各单元进行电路
设计，通过电路模拟与分析，预测电路 的直流、交流、瞬态等特性，之后再根 据模拟结果反复修改器件参数，直到获 得满意的结果。由此可形成用户自己的 单元库
IP核简介
IP（Intelligent Property）核
是具有知识产权的集成电路芯核总称，是经过反复 验证过的、具有特定功能的宏模块，与芯片制造工艺 无关，可以移植到不同的半导体工艺中。 IP核的提供方式上看，通常将其分为软核、硬核和固 核这三类。从完成IP核所花费的成本来讲，硬核代价最大； 从使用灵活性来讲，软核的可复用性最高。
一个4输入与门电路的例子来说明LUT实现逻辑功能原理
实际逻辑电路
a,b,c,d入 0000 逻辑输出 0
LUT实现方式
RAM地址 0000 … 1 RAM中存储 的内容 0
0001 … 1111
0
0001 … 1111
0 … 1
FPGA的芯片结构
芯片组成
主要有可编程输入/输出单元(IOB）、基本可 编程逻辑单元、完整的时钟管理、内嵌SRAM、 丰富的布线资源、底层嵌入功能单元和内嵌专用 单元等 。
实际设计流程
系统功能设计 输出：语言或功能图 软件支持：多目标多约束条件优化问题 无自动设计软件 仿真软件：VHDL仿真器、Verilog仿真器
实际设计流程
2、逻辑和电路设计 概念：确定满足一定逻辑或电路功能的由逻辑或电路 单元组成的逻辑或电路结构 过程： A.数字电路：RTL级描述 逻辑综合(Synopsys,Ambit) 逻辑网表