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在PLD开发中提高VHDL的综合质量

来源:嵌入式控制研究室?? 2006年09月11日 ?? 收藏0

引 言

  随着计算机与微电子技术的发展,电子设计自动化EDA(Electronic Design Automation)和可编程逻辑器件PLD(Programmable Logic Device)的发展都非常迅速,熟练地利用EDA软件进行PLD器件开发已成为电子工程师必须掌握的基本技能。先进的EDA工具已经从传统的自下而上的设计方法改变为自顶向下的设计方法,以硬件描述语言HDL(Hardware Description Language)来描述系统级设计,并支持系统仿真和高层综合。ASIC(Application Specific Integrated Circuit)的设计与制造,电子工程师在实验室就可以完成,这都得益于PLD器件的出现及功能强大的EDA软件的支持。现在应用最广泛的高密度PLD器件主要是现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable Gate Array)和复杂可编程逻辑器件CPLD(Complex Programmable Logic Device)。

  EDA软件方面,大体可以分为两类:

  ① PLD器件厂商提供的EDA工具。较

著名的如:Altera公司的 Max+plus II和Quartus II、Xilinx公司的Foundation Series、Latice-Vantis公司的ispEXERT System。

  ② 第三方专业软件公司提供的EDA工具。常用的综合工具软件有:Synopsys公司的FPGA Compiler II、Exemplar Logic公司的LeonardoSpectrum、Synplicity公司的Synplify。第三方工具软件是对CPLD/FPGA生产厂家开发软件的补充和优化,如通常认为Max+plus II和Quartus II对VHDL/Verilog HDL逻辑综合能力不强,如果采用专用的HDL工具进行逻辑综合,会有效地提高综合质量。

1 PLD器件的开发

  CPLD/FPGA设计越来越复杂,使用硬件描述语言设计可编程逻辑电路已经成为大势所趋,目前最主要的硬件描述语言是:VHDL(Very High Speed Integrated Circuit HDL)和Verilog HDL。两种语言都已被确定为IEEE标准。

  用VHDL/Verilog HDL语言开发可编程逻辑电路的完整流程为:

  ① 文本编辑。用任何文本编辑器都可以,但通常在专用的HDL编辑环境中进行。因为专业的集成开发环境通常提供各种结构模板,并且可以自定义各种要素(例如关键字、字符串、注释等)的色彩显示,提高可读性,提高输入效率。

  ② 功能仿真。将文件调入HDL仿真软件进行功能仿真,检查逻辑功能是否正确。   ③ 逻辑优化与综合。将源文件调入逻辑综合软件进行逻辑分析处理,即将高层次描述(行为或数据流级描述)转化为低层次的网表输出(寄存器与门级描述),逻辑综合软件会生成EDIF(Electronic Design Interchange Format)格式的EDA工业标准文件。这步在PLD开发过程中最为关键,影响综合质量的因素有两个,即代码质量和综合软件性能。

  ④ 适配与分割。如果整个设计超出器件的宏单元或I/O单元资源,可以将设计划分到多片同系列的器件中。

  ⑤ 装配或布局布线。将EDIF文件调入PLD厂家提供的软件中进行装配(对于CPLD)或布局布线(对于FPGA),即将设计好的逻辑写入CPLD/FPGA器件中。

  ⑥ 时序仿真。即延时仿真,由于不同器件、不同布局布线,给延时造成的影响不同,因此对系统进行时序仿真,检验设计性能,消除竞争冒险是必不可少的步骤。

  利用VHDL语言进行PLD设计开发的基本流程如图1所示。如果选用Altera公司CPLD器件作为目标器件,上述过程可以在Altera公司提供的 Max+plus II或Quartus II集成开发环境中完成,但如果选用专用的EDA综合工具作为补充,完成逻辑优化与综合,设计质量会更好。第三方综合软件的主要功能就是对HDL语言的源文件进行逻辑综合,生成.edf的EDA工业标准文件,然后在PLD厂家提供的开发软件中调入.edf文件,进行编译、仿真、器件编程等过程,最终完成整个设计。针对Altera公司CPLD器件,我们选用Quartus II + LeonardoSpectrum的EDA组合开发方式,更重要的是,广大学习爱好者可以在www.altera.com网站免费获得。下面对两款软件作简要介绍。

VHDL语言进行PLD设计开发的基本流程

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2 Quartus II软件的应用

  Quartus II是Altera公司的第四代可编程逻辑器件

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