verilog零基礎(chǔ)教程 可編程硬件描述語言主要包括哪倆種？
可編程硬件描述語言主要包括哪倆種？硬件描述語言概述隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電路已經(jīng)從中小型集成電路發(fā)展到可編程邏輯器件(PLD)和專用集成電路(ASIC)。數(shù)字電路的設(shè)計方法也發(fā)生了變化，從傳統(tǒng)的手
可編程硬件描述語言主要包括哪倆種？
硬件描述語言概述隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電路已經(jīng)從中小型集成電路發(fā)展到可編程邏輯器件(PLD)和專用集成電路(ASIC)。數(shù)字電路的設(shè)計方法也發(fā)生了變化，從傳統(tǒng)的手工轉(zhuǎn)變?yōu)槭褂肊DA工具作為設(shè)計平臺的。隨著EDA技術(shù)的發(fā)展，用硬件語言設(shè)計PLD/FPGA已經(jīng)成為一種趨勢。目前主要的硬件描述語言有VHDL和Verilog HD。硬件描述語言概述。;利用硬件描述語言與原理圖輸入法的關(guān)系硬件描述語言的發(fā)展過程硬件描述語言概述隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電路從中小型集成電路發(fā)展到可編程邏輯器件(PLD)和專用集成電路(ASIC)。數(shù)字電路的設(shè)計方法也發(fā)生了變化，從傳統(tǒng)的手工轉(zhuǎn)變?yōu)槭褂肊DA工具作為設(shè)計平臺的。隨著EDA技術(shù)的發(fā)展，用硬件語言設(shè)計PLD/已經(jīng)成為一種趨勢。目前主要的硬件描述語言是Verilog HDL。VHDL開發(fā)較早，語法比較嚴(yán)格，而Verilog HDL是在C語言基礎(chǔ)上開發(fā)的硬件描述語言，語法比較自由。與verilog HDL相比，VHDL 的寫作規(guī)則比Verilog 但是Verilog 的免費(fèi)語法也很容易讓少數(shù)初學(xué)者犯錯誤。國外很多電子專業(yè)在本科階段會教VHDL，研究生階段會教verilog。從國內(nèi)來看，VHDL的參考書比較多，很容易找到資料，而Verilog HDL的參考書相對較少，給學(xué)習(xí)Verilog HDL帶來一些困難。從EDA技術(shù)的發(fā)展來看，出現(xiàn)了用于CPLD/FPGA設(shè)計的硬件C語言編譯軟件。雖然還不成熟，很少使用，但可能成為繼VHDL和Verilog之后，設(shè)計大規(guī)模CPLD/FPGA的又一手段。硬件描述語言用途HDL有兩個用途:系統(tǒng)仿真和硬件實現(xiàn)。如果程序只用于模擬，那么幾乎所有的語法和編程方法都可以使用。但是如果我們的程序是用于硬件實現(xiàn)的(比如用于FPGA設(shè)計)，那么就必須保證程序。
總結(jié)數(shù)字電路設(shè)計的一般方法？
我來自西北工業(yè)大學(xué)計算機(jī)學(xué)院微電子研究所。現(xiàn)在我是微電子學(xué)院一年級的學(xué)生。我的專業(yè)是數(shù)字集成電路設(shè)計。研究生一上學(xué)期，掌握了數(shù)字集成電路后端綜合設(shè)計方法。本學(xué)術(shù)素養(yǎng)課程報告主要探討了實現(xiàn)后端過程中的方法、經(jīng)驗和相關(guān)感悟。
一般來說，軟件工程師和硬件工程師的需求需求是10:1，說明硬件工程師的需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于軟件工程師。硬件工程師分為模擬和數(shù)字。模擬集成電路設(shè)計主要包括ADC、DAC、PLL等。，而數(shù)字集成電路設(shè)計更傾向于實現(xiàn)特定功能的芯片，如CPU、GPU、MCU、MPU、DSP等。
事實上，在這個階段，數(shù)字集成電路的設(shè)計方法已經(jīng)非常類似于借助EDA工具進(jìn)行軟件開發(fā)。典型的數(shù)字集成電路開發(fā)一般包括以下步驟:
1.根據(jù)需求，自上而下設(shè)計電路模塊，明確數(shù)字系統(tǒng)需要實現(xiàn)哪些功能，再細(xì)分成各個功能模塊。這時候的設(shè)計形式一般是框圖，用visio或者其他繪圖軟件實現(xiàn)。這個環(huán)節(jié)雖然松散，但是很重要，因為在根據(jù)需求設(shè)計大模塊和指標(biāo)的時候，一定要結(jié)合實際情況，否則后期會經(jīng)過無限的返工，甚至達(dá)不到預(yù)定的指標(biāo)。一般由德高望重、經(jīng)驗豐富的工程師進(jìn)行整體設(shè)計。
2.定義好每個模塊之后，接下來就是實現(xiàn)每個模塊的功能。由于硬件描述語言的存在，我們可以很容易地 "寫作與寫作通過硬件描述語言的模塊實現(xiàn)方法。在這個實驗中，我使用了Verilog HDL。特定代碼的復(fù)雜性與模塊的復(fù)雜性有關(guān)。在這個實驗中，我采用了 "八位格雷碼計數(shù)器 "。
3.在完成了 "八位格雷碼計數(shù)器 "，有必要 "預(yù)模擬和模擬設(shè)計。所謂預(yù)仿真，主要是驗證代碼描述是否正確，計劃的功能是否真正實現(xiàn)。一般使用modelsim軟件進(jìn)行仿真。如果模擬成功，將進(jìn)入下一階段。如果不成功，它將需要返回到修改后的代碼。
4.預(yù)仿真成功后，即可得到功能正確的Verilog設(shè)計代碼。此時可以將代碼下載到FPGA板上進(jìn)行驗證(JTAG Quartus)，證明設(shè)計是正確的。對于一些集成度要求不高，時間非常緊的數(shù)字電路設(shè)計項目，可以直接用FPGA實現(xiàn)芯片功能。顯然，F(xiàn)PGA這種通用器件可以 不能滿足ASIC高集成度、低功耗、高專用性的設(shè)計要求，只能用于相對簡單粗糙的設(shè)計。
5.接下來，進(jìn)入后端流程。這時候就需要專門的服務(wù)器和昂貴的EDA工具。這也是硬件設(shè)計入門難的原因之一。如果一個沒有接觸過軟件編程的有志青年立志做軟件工程，一般一臺電腦一本書就夠了，最多買個正版編譯器(VS，Eclipse，DW等。)，但是做硬件電路設(shè)計，一臺電腦一本書最多能畫PCB。要成為核心部分，必須使用強(qiáng)大的服務(wù)器和昂貴的EDA工具，因為普通的個人電腦可以 買不起 "后端集成 "。而且linux下大量復(fù)雜的操作會讓人望而卻步。
6.在后端平臺準(zhǔn)備好之后，您可以將 "八位格雷碼計數(shù)器 "進(jìn)了站臺。這時候應(yīng)該馬上考慮什么組件庫和流程？因為同一個與非門，不同的元件庫有不同的實現(xiàn)細(xì)節(jié)，MOS管的細(xì)節(jié)可能差別很大。另外，一定要考慮流程。這些工藝文件來自相關(guān)制造商(TSMC、CSMS等)。)，這也是個人能夠 不要做后臺——因為你幾乎不可能以自己的名義與TSMC討論工藝庫文件。畢竟，作為一個沒有經(jīng)驗，沒有錢和技能的初學(xué)者，你可以 不自信，有幾萬人。仔細(xì)篩選后(很多情況下沒得選)，確定你要用的流程。在這個實驗中，我使用了我的高級實驗室改進(jìn)的組件庫和TSMC 0.18um技術(shù)，EDA工具是Cadence IC 614。
7.經(jīng)過一系列的配置后, "八位格雷碼計數(shù)器 "已經(jīng)變成了一個巨大的工程文件。我建議使用TCL腳本文件進(jìn)行配置。然后可以進(jìn)行RTL級合成。所謂RTL級合成其實指的是 "重寫 "Verilog代碼轉(zhuǎn)換成可以被合成工具識別的Verilog代碼(我用的是Encounter)。一般來說，這類似于翻譯 "古典文學(xué)與藝術(shù)進(jìn)入 "白話文與漢語和 "編譯與編輯在C語言中，就是把一種高級語言翻譯成匯編代碼。當(dāng)然，理論上可以直接寫RTL級的代碼，但是和直接寫匯編語言一樣復(fù)雜。
8.RTL級合成完成后，將RTL Verilog導(dǎo)入到Encounter中進(jìn)行真正的后端合成。導(dǎo)入RTL碼后，還需要解釋標(biāo)準(zhǔn)單元庫的LEF文件，定義電源和地的線名。這時候就需要一個MMMC config配置，過程比較復(fù)雜，主要是配置相關(guān)文件和設(shè)備狀態(tài)(TT、ss、FF等。).
9.完成導(dǎo)入配置，然后是芯片版圖設(shè)計，即布圖。Floorplan需要設(shè)置一些基本的參數(shù)，比如芯片的長寬(面積)，引腳留的空間，芯片利用率等等。長寬比建議為0.2-5，復(fù)雜電路利用率為0.85，一般電路為0.90，簡單電路為0.95。
10.電力計算，電力線路排列的依據(jù)，主要為環(huán)形和條形。比如數(shù)字電路芯片功耗55mW，冗余增加到2倍左右。設(shè)計為100mW，電源為1.8V，電流約為60mA，即總供電線路為60 U，如果每條線路為10u，則有六條供電線路，每側(cè)一條，中間四條。遭遇有一個特殊的接線配置器。接線后，可以先申請，再取消重復(fù)嘗試。
11.排列IO引腳。如果沒有提前導(dǎo)入IO，可以重新導(dǎo)入(TCL)或者自行調(diào)整。
12.前置，因為Verilog中往往有很多模塊，每個模塊對應(yīng)一個布局模塊。布局時要注意一些布局原則。布局一般可以通過簡單的拖動來完成。 "八位格雷碼計數(shù)器 "只有一個模塊，所以它不 不需要復(fù)雜的布局。
13.布局是一個不斷修改和改進(jìn)的過程。放置是在前置后進(jìn)行，然后是后置。布局之后，需要時鐘樹綜合(CTS)。時鐘樹綜合的目的是使每個信號在約束時間內(nèi)傳輸?shù)较乱粋€順序單元，否則會影響芯片的主頻(主頻是設(shè)計前確定的指標(biāo))，然后在Post-CTS中調(diào)整不滿足時鐘約束的部分的布線。
14.布局后路由，即路由。特殊走線，需要先走線，再后置。這些步驟在某種程度上是 "點(diǎn)擊按鈕 "和 "配置參數(shù)，但是后端合成一定要頭腦清醒，知道為什么要點(diǎn)擊這些按鈕，要配置什么參數(shù)。
15.經(jīng)過多次迭代，配置好IO引腳后，就可以填充整張圖片，用各種金屬層覆蓋不用的區(qū)域。單人 "八位格雷碼計數(shù)器 "由于其結(jié)構(gòu)簡單而具有較大的未覆蓋面積。
16.至此，Encounter中的后端綜合已經(jīng)完成，網(wǎng)表可以導(dǎo)出為GDSII格式，為了檢查DRC和LVS，還需要 "網(wǎng)表 "轉(zhuǎn)換成示意圖格式。
17.將后端集成的GDSII文件導(dǎo)入Virtuoso。Virtuoso是一款模擬集成電路設(shè)計軟件。將GDSII文件導(dǎo)入該軟件有兩個主要目的。首先，你可以做 "后期模擬與設(shè)計在Virtuoso中驗證概念芯片經(jīng)過后端綜合的一系列流程后是否能達(dá)到設(shè)計要求。此時仿真已經(jīng)考慮到了延遲、電阻、功耗等實際問題。如果仿真有問題，需要返工修改，必要時重新布線。在 "后期模擬與設(shè)計通過后，芯片應(yīng)由剛果共和國和LVS檢查。DRC是看是否符合所選工藝的要求，因為在實際情況下，有些理論值是不現(xiàn)實的，比如太細(xì)的導(dǎo)線無法制作，柵極間距過短可能導(dǎo)致短路，導(dǎo)線與各種金屬層之間的電容會影響電路功能。LVS是比較布局和圖式。C之間的拓?fù)潢P(guān)系是否不一致。第二，以后設(shè)計數(shù)模混合芯片時便于混合設(shè)計，因為模擬集成電路直接在Virtuoso中進(jìn)行，最后可以將兩者結(jié)合起來設(shè)計數(shù)模混合集成電路。
18.檢驗后，您可以聯(lián)系工藝供應(yīng)商進(jìn)行加工，如TSMC。一般處理需要跟上企業(yè)的業(yè)務(wù)流程。大約一個月后，芯片加工完畢，然后進(jìn)入測試階段。焊接，測試，驗證芯片指標(biāo)，提出改進(jìn)方案。
至此，一個數(shù)字集成電路從概念到實物的全過程已經(jīng)完成，每一步都值得研究和回味。從24解碼器到復(fù)雜的CPU，過程基本相同。一個學(xué)期后的學(xué)習(xí)，我基本掌握了這個流程。未來我們會更加努力，在這個專業(yè)上繼續(xù)前進(jìn)，培養(yǎng)核心競爭力。