来源：单片机及嵌入式系统应用 作者：石俊斌 林 辉摘要：介绍可编程逻辑器件的开发流程，叙述eda工具quartus ii和leonardospectrum在altera公司cpld器件开发中的应用，给出提高vhdl综合质量的几点经验。

关键词：电子设计自动化 可编程逻辑器件 硬件描述语言 逻辑综合

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。

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集成开发环境，提供从设计输入到器件编程的全部功能。 quartus ii可以产生并识别edif网表文件、vhdl网表文件和verilog hdl网表文件，为其它eda工具提供了方便的接口；可以在quartus ii集成环境中自动运行其它eda工具。

利用quartus ii软件的开发流程可概括为以下几步：设计输入、设计编译、设计定时分析、设计