用硬件描述語(yǔ)言對(duì)微處理器的仿真.pdf

1、南開(kāi)大學(xué)碩士學(xué)位論文用硬件描述語(yǔ)言對(duì)微處理器的仿真姓名：王義祥申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專(zhuān)業(yè)：物理電子學(xué)指導(dǎo)教師：邵淑敏2000.5.1第一章緒論第一章緒論隨著電子技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)正朝著速度快、容量大、體積小、重量輕的方向發(fā)展，而且當(dāng)前數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以直接面向用戶需求，根據(jù)系統(tǒng)的行為和功能要求，自上至下的逐層完成相應(yīng)的描述、綜合、優(yōu)化、仿真與驗(yàn)證，直到生成器件。上述設(shè)計(jì)過(guò)程除了系統(tǒng)行為和功能描述以外，其余所有的設(shè)計(jì)過(guò)程幾乎都可以

2、用計(jì)算機(jī)來(lái)自動(dòng)的完成，做到了電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)。這有利于縮短系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)的關(guān)鍵技術(shù)之一是要求用形式化方法來(lái)描述數(shù)字系統(tǒng)的硬件電路，即要用所謂硬件描述語(yǔ)言來(lái)描述硬件電路。硬件描述語(yǔ)言的發(fā)展至今已有幾十年的歷史，并已成功的應(yīng)用到系統(tǒng)的仿真、驗(yàn)證和設(shè)計(jì)綜合等方面。歷史上曾出現(xiàn)過(guò)上百種的硬件描述語(yǔ)言，它們也曾對(duì)設(shè)計(jì)自動(dòng)化起到過(guò)促進(jìn)和推動(dòng)作用，但是，它們大多各自針對(duì)特定設(shè)計(jì)領(lǐng)域，沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，

3、從而是一般用戶難以使用。只有面向設(shè)計(jì)的多層次、多領(lǐng)域且得到一致認(rèn)同的硬件描述語(yǔ)言才能使廣大用戶接收。上世紀(jì)80年代后期由美國(guó)國(guó)防部開(kāi)發(fā)的VHDL語(yǔ)言(VHSICHardwareDescriptionLanguage)滿足了上述的要求，并在1987年12月由IEEE標(biāo)準(zhǔn)化(定為IEEEstd10761987標(biāo)準(zhǔn)，1993年進(jìn)一步修訂，被定為ANSI／IEEEstd10761993標(biāo)準(zhǔn))。它的出現(xiàn)為電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)的普及和推廣奠定了

4、堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，VHDL業(yè)已被廣大設(shè)計(jì)者所接受，據(jù)稱(chēng)已有超過(guò)90％的設(shè)計(jì)者使用VHDL來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)。使用VHDL語(yǔ)言來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)是電子設(shè)計(jì)技術(shù)的大勢(shì)所趨。11現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思想111傳統(tǒng)的自下至[(BottomUp)的設(shè)計(jì)方法及流程在計(jì)算機(jī)輔助電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)出現(xiàn)以前，人們一直采用傳統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)方法來(lái)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件，這種硬件設(shè)計(jì)方法被稱(chēng)為自下至上的設(shè)計(jì)方法。自下至上的硬件電路設(shè)計(jì)方法的主要步驟是：根據(jù)系統(tǒng)對(duì)硬件的要求，詳

5、細(xì)編制技術(shù)瓶格書(shū)，并畫(huà)出系統(tǒng)控制流圖；然后根據(jù)技術(shù)規(guī)格書(shū)和系統(tǒng)控制流圖，對(duì)系統(tǒng)的功能逆行紙化，合理地劃分功能模塊，并畫(huà)出系統(tǒng)的功能框圖：接著就是進(jìn)行各功能模塊的細(xì)化和電路設(shè)計(jì)；各功能模塊電路設(shè)計(jì)、調(diào)試完成后，將各功能模塊的硬件電路連接起來(lái)再運(yùn)行系統(tǒng)的調(diào)試，最后完成整個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。對(duì)BottomUp的設(shè)計(jì)方法而言，系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)是從選擇具體元、器件開(kāi)始的。筍厙這些元、器件進(jìn)行邏輯電路設(shè)計(jì)，完成系統(tǒng)各獨(dú)立功能模塊設(shè)計(jì)，然后再將各功能框頭

6、連接起來(lái)，完成整個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。上述過(guò)程從最底層開(kāi)始設(shè)計(jì)，然后逐罷向上，夏毛至最高層設(shè)計(jì)完畢，故將這種設(shè)計(jì)方法稱(chēng)為自下至上的設(shè)計(jì)方法。從上述可以看出，BottomUp設(shè)計(jì)方法有一個(gè)致命的缺點(diǎn)：在系統(tǒng)硬7牛設(shè)計(jì)的后疑連行仿真和調(diào)試，仿真和調(diào)試通常只能在后期完成系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)以后才能進(jìn)7i，因?yàn)閖三行仿真和調(diào)試的儀器一般為系統(tǒng)仿真器、邏輯分析儀和示波器等，因此只有在硬件系統(tǒng)E經(jīng)構(gòu)成以后才能使用。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)存在的問(wèn)題只有在后期才能較容易發(fā)現(xiàn)，