1電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

1、1、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1.1電子設(shè)計(jì)概述1.2現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)的特點(diǎn)1.3電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟1.4電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法1.5系統(tǒng)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)仿真技術(shù)1.6板卡設(shè)計(jì)與板卡仿真技術(shù)1.7芯片設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)1.8電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)概述1.9專用數(shù)字集成電路綜合設(shè)計(jì)概述1.11.1電子設(shè)計(jì)概述電子設(shè)計(jì)概述電子系統(tǒng)分為模擬型、數(shù)字型及兩者兼而有之的混合型三種，無論哪一種電子系統(tǒng)，它們都是能夠完成某種任務(wù)的電子設(shè)備。通常把規(guī)模較小、功能單一的電

2、子系統(tǒng)稱為單元電路實(shí)際應(yīng)用中的電子系統(tǒng)由若干單元電路構(gòu)成。一般的電子系統(tǒng)由輸入、輸出、信息處理三大部分組成，用來實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的采集處理、變換與傳輸功能。圖1.1.1為電子系統(tǒng)基本組成方框圖。圖1.1.1電子系統(tǒng)方框圖從系統(tǒng)的角度看電子系統(tǒng)是能按特定的控制信號(hào)，執(zhí)行所設(shè)想的功能，由一組元件(通常是電子元件)聯(lián)成的一個(gè)整體。這樣，很多東西，譬如從單級(jí)放大器到最復(fù)雜的計(jì)算機(jī)都可以稱為一個(gè)電子系統(tǒng)。我們可以將很多元件集成為一個(gè)功能單元，再用若干個(gè)

3、功能單元去描述一個(gè)系統(tǒng)。在認(rèn)識(shí)、理解與設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)的過程中，這樣的功能單元常常不用給出詳細(xì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而只需從輸入輸出特性去描述，這就需要用到黑箱分析法。黑箱辨識(shí)方法是系統(tǒng)科學(xué)中的主要方法之一。人們?cè)趶氖驴茖W(xué)研究時(shí)，常常會(huì)遇到一些需要認(rèn)識(shí)或控制的系統(tǒng)(稱為客體)。由于種種條件限制，這些客體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和機(jī)理尚不能或不便被直接觀察到，仿若一個(gè)不透明的密封箱子，將這種客體稱為黑箱(B1ackBox)是極其形象的。所謂黑箱辨識(shí)方法，就是通過考察

4、黑箱的輸入、輸出及其動(dòng)態(tài)過程，而不是通過直接考察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，來定量地研究黑箱的功能特性、行為方式，從而探索其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和機(jī)理。1.21.2現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)的特點(diǎn)現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)的特點(diǎn)人類要改造自然，就要進(jìn)行設(shè)計(jì)。把預(yù)定的目標(biāo)經(jīng)過一系列規(guī)劃、分析和決策，產(chǎn)生相應(yīng)的文字、數(shù)據(jù)、圖形等信息，這就是設(shè)計(jì)。然后或通過實(shí)踐轉(zhuǎn)化為某項(xiàng)工程，或通過制造成為產(chǎn)品。產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程從本質(zhì)上是一個(gè)創(chuàng)新過程，是將創(chuàng)新構(gòu)思轉(zhuǎn)化為有競爭力的產(chǎn)品的過程。從工程的角度來看，設(shè)計(jì)這個(gè)

5、詞有兩種概念。廣義的概念指的是發(fā)展過程的安排，包括發(fā)展的方向、程序、細(xì)節(jié)及達(dá)到的目標(biāo)。狹義的概念指的是將客觀需求轉(zhuǎn)化為滿足該需求的技術(shù)系統(tǒng)的活動(dòng)，各種產(chǎn)品包括電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)即屬此種概念。計(jì)，然后將各功能模塊按搭積木的方式連接起來構(gòu)成更大的功能模塊，直到構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)，完成系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。這個(gè)過程從系統(tǒng)的最底層開始設(shè)計(jì)，直至完成頂層設(shè)計(jì)，因此將這種設(shè)計(jì)方法稱為自底向上的設(shè)計(jì)方法。用自底向上設(shè)計(jì)方法進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的功能驗(yàn)證要在所有底

6、層模塊設(shè)計(jì)完成之后才能進(jìn)行，一旦不滿足設(shè)計(jì)要求，所有底層模塊可能需要重新設(shè)計(jì)，延長了設(shè)計(jì)時(shí)間。自頂向下設(shè)計(jì)方法：自頂向下設(shè)計(jì)方法：目前VLSI系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要采用的方法是自頂向下設(shè)計(jì)方法，這種設(shè)計(jì)方法的主要特征是采用綜合技術(shù)和硬件描述語言，讓設(shè)計(jì)人員用正向的思維方式重點(diǎn)考慮求解的目標(biāo)問題。這種采用概念和規(guī)則驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)思想從高層次的系統(tǒng)級(jí)入手，從最抽象的行為描述開始把設(shè)計(jì)的主要精力放在系統(tǒng)的構(gòu)成、功能、驗(yàn)證直至底層的設(shè)計(jì)上，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、測(cè)

7、試、工藝的一體化。當(dāng)前EDA工具及算法把邏輯綜合和物理設(shè)計(jì)過程結(jié)合起來的方式，有高層工具的前向預(yù)測(cè)(lookahead)能力，較好地支持了自頂向下設(shè)計(jì)方法在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。層次式設(shè)計(jì)方法：層次式設(shè)計(jì)方法：它的基本策略是將一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)按功能分解成可以獨(dú)立設(shè)計(jì)的子系統(tǒng)，子系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，將各子系統(tǒng)拼接在一起完成整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)分解成子系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)可大大降低設(shè)計(jì)復(fù)雜度。由于各子系統(tǒng)可以單獨(dú)設(shè)計(jì)，因此具有局部性，即各子系統(tǒng)的

8、設(shè)計(jì)與修改只影響子系統(tǒng)本身，而不會(huì)影響其它子系統(tǒng)。利用層次性，將一個(gè)系統(tǒng)劃分成若干子系統(tǒng)，然后子系統(tǒng)可以再分解成更小的子系統(tǒng)，重復(fù)這一過程，直至子系統(tǒng)的復(fù)雜性達(dá)到了在細(xì)節(jié)上可以理解的適當(dāng)?shù)某潭?。模塊化是實(shí)現(xiàn)層次式設(shè)計(jì)方法的重要技術(shù)途徑，模塊化是將一個(gè)系統(tǒng)劃分成一系列的子模塊，對(duì)這些子模塊的功能和物理界面明確地加以定義，模塊化可以幫助設(shè)計(jì)人員闡明或明確解決問題的方法，還可以在模塊建立時(shí)檢查其屬性的正確性，因而使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加簡單明了。將一個(gè)

9、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)劃分成一系列已定義的模塊還有助于進(jìn)行集體間共同設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)工作能夠并行開展，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。嵌入式設(shè)計(jì)方法：嵌入式設(shè)計(jì)方法：現(xiàn)代電子系統(tǒng)的規(guī)模越來越復(fù)雜，而產(chǎn)品的上市時(shí)間(timetomarket)卻要求越來越短，即使采用自頂向下設(shè)計(jì)方法和更好的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，對(duì)于一個(gè)百萬門級(jí)規(guī)模的應(yīng)用電子系統(tǒng)，完全從零開始自主設(shè)計(jì)是難以滿足上市時(shí)間要求的。嵌入式設(shè)計(jì)方法在這種背景下應(yīng)運(yùn)而生。嵌入式設(shè)計(jì)方法除繼續(xù)采用自頂向下設(shè)計(jì)方法和計(jì)算機(jī)

10、綜合技術(shù)外，它的最主要的特點(diǎn)是大量知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IntellectualPropertyIP)模塊的復(fù)用，這種ＩＰ模塊可以是RAM、CPU、及數(shù)字信號(hào)處理器等。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中引入IP模塊，使得設(shè)計(jì)者可以只設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)其它功能的部分以及與IP模塊的互連部分，從而簡化設(shè)計(jì)，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)通常既包含有硬件，又有軟件，因此需要考慮哪些功能用硬件實(shí)現(xiàn)，哪些功能用軟件實(shí)現(xiàn)，這就是硬件軟件協(xié)同設(shè)計(jì)的問題。硬件軟件協(xié)同設(shè)計(jì)要求硬件和軟件同時(shí)進(jìn)行

11、設(shè)計(jì)，并在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段進(jìn)行模擬驗(yàn)證，減少設(shè)計(jì)的反復(fù)，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。硬件軟件協(xié)同是將一個(gè)嵌入式系統(tǒng)描述劃分為硬件和軟件模塊以滿足系統(tǒng)的功耗、面積和速度等約束的過程。嵌入式系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜度逐漸增長其發(fā)展的另一趨勢(shì)是系統(tǒng)中軟件實(shí)現(xiàn)功能增加，并用軟件區(qū)分不同的產(chǎn)品，增加靈活性、快速響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的改變，降低升級(jí)費(fèi)用和縮短產(chǎn)品上市時(shí)間?；诨贗PIP的系統(tǒng)芯片的系統(tǒng)芯片(S0C)(S0C)的設(shè)計(jì)：的設(shè)計(jì)：為了解決當(dāng)前集成電路的設(shè)計(jì)能力落后于加工技