PLD的設(shè)計(jì)流程

課程中運(yùn)用QuarusⅡ工具講解可編程器件PLD的設(shè)計(jì)流程，QuarusⅡ工具是Altera公司的產(chǎn)品。同時(shí)課程說(shuō)明了針對(duì)Xilinx公司的ISE工具的PLD設(shè)計(jì)流程也是相似的。

PLD的設(shè)計(jì)流程與ASIC（專用集成電路）的設(shè)計(jì)流程類似，具體設(shè)計(jì)流程如下：

（1）明確設(shè)計(jì)需求（Design Entry）。根據(jù)設(shè)計(jì)需求，在RTL的結(jié)構(gòu)層次（運(yùn)用Verilog代碼設(shè)計(jì)芯片的一種方式）完成電路設(shè)計(jì)（RTL Coding），完成初始Verilog代碼。

（2）RTL級(jí)的電路仿真（RTL Simulation）。進(jìn)行仿真的工具既可以運(yùn)用Altera公司的QuarusⅡ內(nèi)嵌仿真工具，也可以運(yùn)用Modelsim仿真工具（課程中講解的仿真工具）。驗(yàn)證代碼是否滿足設(shè)計(jì)要求，這一階段的驗(yàn)證沒(méi)有時(shí)序相關(guān)信息，即未考慮器件延時(shí)。

（3）邏輯綜合（Synthesis），將RTL級(jí)代碼映射成具體的器件實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)，生成對(duì)應(yīng)的門級(jí)網(wǎng)單（芯片設(shè)計(jì)中間階段的電路圖）。

（4）布局和布線（Place&Route），將邏輯綜合過(guò)程中使用的元器件替換成Altera公司提供的元器件，并在電路內(nèi)布線，完成電路連接。

PLD的邏輯綜合與布局和布線兩個(gè)步驟可以運(yùn)用Altera公司提供QuarusⅡ工具一步完成，其他公司提供的PLD設(shè)計(jì)工具也可以一步完成上述兩個(gè)步驟。

圖片來(lái)源：學(xué)堂在線《IC設(shè)計(jì)與方法》

（5）時(shí)序分析（Time Analysis），證明電路性能滿足時(shí)序要求。

ASIC的設(shè)計(jì)流程中時(shí)序分析步驟在門級(jí)仿真步驟后進(jìn)行，這是因?yàn)锳SIC設(shè)計(jì)工具功能限制的原因，門級(jí)仿真中的時(shí)序只能采用估算的方式得出。

QuarusⅡ工具集成了時(shí)序分析功能，時(shí)序分析可以方便地進(jìn)行，所以PLD設(shè)計(jì)流程的時(shí)序分析步驟先于門級(jí)仿真步驟。

在芯片設(shè)計(jì)中，如果時(shí)序不能滿足要求，如計(jì)數(shù)器的要求是100MHz，但設(shè)計(jì)出的計(jì)數(shù)器只能滿足10MHz的要求，即使門級(jí)仿真的結(jié)果正確，也不能滿足設(shè)計(jì)需求。所以在條件允許的情況下，時(shí)序分析步驟先于門級(jí)仿真步驟。

（6）門級(jí)仿真（Gate Level Simulation），門級(jí)仿真結(jié)果滿足要求，說(shuō)明電路滿足設(shè)計(jì)的功能需求。

（7）電路板仿真和測(cè)試（PC Board Simulation&Test）。將經(jīng)過(guò)以上步驟得出的數(shù)據(jù)流文件下載到可編程芯片中，再將可編程芯片安裝到PC板（個(gè)人理解：PCB板，印刷電路板，芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)功能所需安裝的電路板）中，進(jìn)行測(cè)試。

圖片來(lái)源：學(xué)堂在線《IC設(shè)計(jì)與方法》

PLD設(shè)計(jì)芯片需要進(jìn)行編譯，與一般編程軟件的編譯目的不同，PLD設(shè)計(jì)芯片的編譯的目的是將RTL級(jí)代碼轉(zhuǎn)化成物理器件上可以實(shí)現(xiàn)的電路。

具體的編譯過(guò)程有以下幾個(gè)方面：

（1）前端設(shè)計(jì)的邏輯綜合。

（2）后端設(shè)計(jì)的布局布線。

（3）后端設(shè)計(jì)產(chǎn)生的相關(guān)輸出。相關(guān)輸出包括：用于時(shí)序分析的門級(jí)網(wǎng)單、用于仿真的門級(jí)網(wǎng)單、對(duì)器件編程的配置文件。對(duì)器件編程的配置文件可以將沒(méi)有功能的可編程器件改變?yōu)榭梢詫?shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)需求的專用器件。

審核編輯 ：李倩