第一篇：電子系統(tǒng)級設(shè)計論文

電子系統(tǒng)級（ESL）設(shè)計

摘要：電子系統(tǒng)級設(shè)計（ESL,Electronic System Level)設(shè)計是能夠讓SOC 設(shè)計工程師以緊密耦合方式開發(fā)、優(yōu)化和驗證復雜系統(tǒng)架構(gòu)和嵌入式軟件的一套方法學，并提供下游寄存器傳輸級(RTL)實現(xiàn)的驗證基礎(chǔ)。ESL牽涉到比RTL級別更高層次的電路設(shè)計，其基本的關(guān)注點在于系統(tǒng)架構(gòu)的優(yōu)化、軟硬件劃分、系統(tǒng)架構(gòu)原型建模、以及軟硬件協(xié)同仿真驗證。SystemC是一種很好的軟硬件聯(lián)合設(shè)計語言,它不僅可以幫助設(shè)計人員完成一個復雜的系統(tǒng)設(shè)計,還可以避免傳統(tǒng)設(shè)計中的各種弊端,并提高設(shè)計效率。關(guān)鍵詞：電子系統(tǒng)級設(shè)計；SOC；SystemC 1 引言

目前，高質(zhì)量的電子系統(tǒng)設(shè)計變得越來越復雜和困難。功能更繁雜的設(shè)計需求，更短的上市時間，不斷增加的成本壓力使這種趨勢看起來還在加速。從應用概念到硅片實現(xiàn)的過程已經(jīng)不能僅僅靠工程師聰明的大腦來完成，而更需要依賴于嚴格完善的設(shè)計方法學。

隨著片上系統(tǒng)（SoC，System on Chip)設(shè)計復雜度的不斷提高，設(shè)計前期在系統(tǒng)級別進行軟硬件劃分對SoC各方面性能的影響日趨增加，迫切需要高效快速性能分析和驗證方法學。傳統(tǒng)的RTL仿真平臺不能提供較快的仿真速度與較大的仿真規(guī)模，F(xiàn)PGA平臺則不能提供詳細的性能分析指標，而電子系統(tǒng)級設(shè)計（Electronic System Level，ESL）方法，不僅提供高速的仿真驗證手段還提供詳細的性能分析指標，已經(jīng)成為當今SoC設(shè)計領(lǐng)域最前沿的設(shè)計方法，它是能夠讓SoC設(shè)計工程師以緊密耦合方式開發(fā)、優(yōu)化和驗證復雜系統(tǒng)架構(gòu)和嵌入式軟件的一套方法學。電子系統(tǒng)級設(shè)計（ESL，Electronic System Level）牽涉到比RTL級別更高層次的電路設(shè)計，其基本的關(guān)注點在于系統(tǒng)架構(gòu)的優(yōu)化、軟硬件劃分、系統(tǒng)架構(gòu)原型建模、以及軟硬件協(xié)同仿真驗證。全新的ESL工具為電路系統(tǒng)級建模提供了虛擬原型的基本仿真平臺。電子系統(tǒng)級設(shè)計正在從學術(shù)研究的課題變成業(yè)界廣為接受的建模手段，它完成從理想應用優(yōu)化到目標體系結(jié)構(gòu)建立。而后依據(jù)預期產(chǎn)量規(guī)模的不同，用SoC 芯片或可編程平臺實現(xiàn)。2.傳統(tǒng)SOC設(shè)計方法的局限

目前的設(shè)計方法不能充分利用設(shè)計能力來快速構(gòu)建滿足市場需求的SoC。而只有快速適應消費電子市場的變化，商業(yè)系統(tǒng)設(shè)計公司才能在競爭中勝出。這使SoC設(shè)計方法的研究具有重要的現(xiàn)實意義。

目前在技術(shù)上，SoC設(shè)計面臨的主要挑戰(zhàn)是在系統(tǒng)建模和硬件設(shè)計之間的不連續(xù)性。通常系統(tǒng)是使用C語言或其他系統(tǒng)描述語言定義的。而系統(tǒng)的集成電路實現(xiàn)卻使用硬件描述語言，因此導致轉(zhuǎn)換和重寫系統(tǒng)的負擔。這樣的流程使得設(shè)計過程中容易出錯而且耗時。驗證流程中需要仿真大規(guī)模系統(tǒng)，仿真速度難以需滿足設(shè)計需求。HDL模型仿真效率低，需要提高抽象層次。SoC系統(tǒng)中的組件具有多樣性異質(zhì)性，包括各個專業(yè)的設(shè)計，模擬和數(shù)字設(shè)計等等，需要提供異質(zhì)的仿真環(huán)境以及對系統(tǒng)級設(shè)計空間的探索復雜性的管理。千萬門級的規(guī)模使得設(shè)計本身的管理成為問題深亞微米集成電路中，沿線延遲的增加使時序收斂問題顯得更加突出，需要消除前端邏輯設(shè)計和后端物理設(shè)計的反復返工問題傳統(tǒng)的設(shè)計重用方法需要適應規(guī)模的增長。系統(tǒng)設(shè)計需要具有競爭力，從基于芯片的設(shè)計方法，過渡到基于IP核的設(shè)計也是必然趨勢。雖然可以使用標準接口，但是更理想的辦法是分離出通訊部分，使用接口綜合技術(shù)。因此需要設(shè)計工具重點面向模塊間的通訊和互連，門級和寄存器傳輸級(RTL)仿真速度太慢，不適合系統(tǒng)設(shè)計。需要提高設(shè)計的抽象層次。SoC設(shè)計的趨勢是向高層抽象移動，更強調(diào)芯片級的規(guī)劃和驗證。強調(diào)早期芯片級規(guī)劃，以及軟硬件系統(tǒng)驗證。軟硬件協(xié)同設(shè)計方法是SoC設(shè)計方法學研究的重要領(lǐng)域。主要目的是開發(fā)適應設(shè)計需求的設(shè)計方法和相應的電子設(shè)計自動化軟件。在設(shè)計中通常一種技術(shù)是不能滿足設(shè)計要求的，因此要結(jié)合研發(fā)成本和開發(fā)周期等等因素，綜合考慮各種技術(shù)。3.ESL設(shè)計的基本概念

ESL設(shè)計指系統(tǒng)級的設(shè)計方法，從算法建模演變而來。ESL設(shè)計已經(jīng)演變?yōu)榍度胧较到y(tǒng)軟硬件設(shè)計、驗證、調(diào)試的一種補充方法學。在ESL設(shè)計中能夠?qū)崿F(xiàn)軟硬件的交互和較高層次上的設(shè)計抽象。ESL設(shè)計能夠讓SoC設(shè)計工程師以緊密耦合方式開發(fā)、優(yōu)化和驗證復雜系統(tǒng)架構(gòu)和嵌入式軟件，并能夠為下游的寄存器傳輸級(RTL)實現(xiàn)提供驗證基礎(chǔ)。

ESL設(shè)計以抽象方式來描述系統(tǒng)單芯片（SoC）設(shè)計。在ESL設(shè)計中，系統(tǒng)的描述和仿真的速度快，讓設(shè)計工程師有充裕的時間分析設(shè)計內(nèi)容。并且能提供足夠精度的虛擬原型，以配合軟件的設(shè)計。ESL設(shè)計不僅能應用在設(shè)計初期與系統(tǒng)架構(gòu)規(guī)劃階段，亦能支持整個硬件與軟件互動設(shè)計的流程。

ESL設(shè)計技術(shù)與IP模塊能將流程融入現(xiàn)有的硬件與軟件設(shè)計與工具流程，在SoC開發(fā)流程中扮演協(xié)調(diào)統(tǒng)合的角色。它們讓工程師能開發(fā)含有數(shù)百萬邏輯門與數(shù)十萬行程序代碼的設(shè)計，并提供一套理想平臺，用來進行驗證，滿足客戶持續(xù)成長的需求。

4.ESL設(shè)計的特點

ESL設(shè)計之所以會受歡迎，主要源于以下五方面功能：功能正確和時鐘精確型的執(zhí)行環(huán)境使提前開發(fā)軟件成為可能，縮短了軟硬件集成的時間。系統(tǒng)設(shè)計更早地和驗證流程相結(jié)合，能確定工程開發(fā)產(chǎn)品的正確性。在抽象層設(shè)置的約束和參數(shù)可以被傳遞到各種用于設(shè)計實現(xiàn)的工具中。（1）更早地進行軟件開發(fā)

有了虛擬的原型平臺意味著可以更早地開始軟件開發(fā)。對于目前基于SystemC語言的ESL設(shè)計方法學來說，ESL設(shè)計工程師可用SystemC生成一個用來仿真SoC行為的事務(wù)級模型。由于事務(wù)級模型的開發(fā)速度比RTL模型要快得多。在RTL實現(xiàn)以前，完成TLM建模后的系統(tǒng)就可以開始軟件的開發(fā)。這樣軟件的開發(fā)可以和RTL實現(xiàn)同時展開，而不是傳統(tǒng)上的在RTL實現(xiàn)完成以后才開始軟件的開發(fā)。雖然部分和硬件實現(xiàn)細節(jié)有關(guān)的軟件要在RTL完成以后才能開始，但還是可以節(jié)省大量的開發(fā)時間。（2）更高層次上的硬件設(shè)計

為了適應不斷變化的市場要求，需要不斷推出新產(chǎn)品或經(jīng)過改進的產(chǎn)品。在SoC設(shè)計中可以通過改進一些模塊的性能、增加功能模塊或存儲器、甚至在體系結(jié)構(gòu)上做出重大的調(diào)整。因此設(shè)計工程師必須擁有可實現(xiàn)的快速硬件設(shè)計方法。為了實現(xiàn)快速的硬件設(shè)計，在ESL設(shè)計須建立在較高層次上的抽象如事務(wù)級建模（TLM）。事務(wù)級模型應用于函數(shù)調(diào)用和數(shù)據(jù)包傳輸層。傳輸級模型可以分為事件觸發(fā)型和時鐘精確型，這些模型能夠提供比RTL級模型快好幾個數(shù)量級的仿真速度。ESL工具的挑戰(zhàn)就是既要保持足夠精度的時序信息來幫助設(shè)計決策，又要提供足夠的仿真速度以滿足大型的系統(tǒng)軟件（如OS啟動）在可接受的時間內(nèi)的完整運行。只要掌握了這種平衡，就可以在高級設(shè)計中驗證時序和設(shè)置約束條件，再將這些優(yōu)化的設(shè)計分割、分配到各個不同的軟、硬件設(shè)計工作組去加以實現(xiàn)。RTL仿真通常只能提供10MIPS到數(shù)百MIPS左右的性能；然而，時鐘精確型的ESL仿真卻能達到100KMIPS到1MMIPS的仿真速度。（3）設(shè)計的可配置性和自動生成

越來越多的系統(tǒng)強調(diào)自己的可配置性，諸如：不同的處理器、不同的總線帶寬、不同的存儲器容量、無數(shù)的外設(shè)。配置和生成出來的設(shè)計必須和驗證環(huán)境得到的結(jié)果完全一致，并延續(xù)到整個設(shè)計流程中。通過ESL模型，結(jié)構(gòu)設(shè)計師能夠找到最好的配置方案。但是，這樣產(chǎn)生出來的結(jié)果需要和一套骨架的驗證環(huán)境同步到設(shè)計實現(xiàn)中去。如ARM已經(jīng)實現(xiàn)了從RealView SoC Designer ESL環(huán)境中自動導入SynopsysDesignWare coreAssembler SoC的集成和綜合流程，并且可以從coreAssembler或Mentor Graphics公司的Platform Express中啟動ARM PL300 AXI可配置互聯(lián)生成器，來生成AXI總線系統(tǒng)。（4）方便的架構(gòu)設(shè)計

ESL架構(gòu)設(shè)計能完成功能到運算引擎的映射。這里的引擎指的是那些可編程的目標——如處理器、可配置的DSP協(xié)處理器，或者是特殊的硬件模塊如UART外設(shè)、互連系統(tǒng)和存儲器結(jié)構(gòu)。這是系統(tǒng)設(shè)計的開始環(huán)節(jié)，從行為上劃分系統(tǒng)，驗證各種配置選擇的可行性及優(yōu)化程度。ESL工具對于開發(fā)可配置結(jié)構(gòu)體系是非常關(guān)鍵的。它使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從抽象的行為級很容易地映射到具體的硬件設(shè)計，從而方便決定哪些模塊可以被復用，哪些新模塊需要設(shè)計。還能提供必要信息指導最優(yōu)化的通訊、調(diào)度和仲裁機制。（5）快速測試和驗證

由于ESL設(shè)計中的抽象級別明顯高于RTL設(shè)計抽象級別，ESL設(shè)計中可以做到描述模塊內(nèi)的電路狀態(tài)、精確到納秒的轉(zhuǎn)換以及精確到位的總線行為。相比使用RTL，使用周期精確的事務(wù)級模型將使硬件驗證和硬件/軟件協(xié)同驗證速度快1000倍或者更多。這種方法不僅可產(chǎn)生用于驗證系統(tǒng)行為，它還支持與較低抽象級別的RTL模型的協(xié)同仿真。如果ESL設(shè)計抽象級別被當作一個測試臺的話，當下游的RTL實現(xiàn)模塊可用時，它們便可在這個測試臺上進行驗證。

系統(tǒng)級的HW/SW協(xié)同驗證要優(yōu)于C/RTL實現(xiàn)級的HW/SW協(xié)同驗證。因為在系統(tǒng)級的驗證可以在較早的展開，而不必等到底層的實現(xiàn)完成后才開始。在底層實現(xiàn)沒有開始前的協(xié)同驗證可以及時修改體系結(jié)構(gòu)或軟硬件劃分中的不合理因素。越高層次上的驗證，可以越大程度上減少修改設(shè)計帶來的損失。5.ESL設(shè)計方法

ESL作為一種先進的設(shè)計方法學，能夠用于硬件的功能建模與體系結(jié)構(gòu)的探察，給硬件架構(gòu)設(shè)計人員提供準確可靠的設(shè)計依據(jù)，因此在本章的內(nèi)容里將將詳細介紹ESL設(shè)計的基本流程與ESL的核心方法—利用SystemC實現(xiàn)事務(wù)級建模的基本理念。

首先要指出的是在設(shè)計的哪個階段使用ESL設(shè)計方法和ESL設(shè)計工具。每一個電子產(chǎn)品的設(shè)計過程以某一種形式的頂層定義開始。這個定義過程可以以文本的形式描述，也可以用圖表、狀態(tài)圖、算法描述，或者利用工具如MATLAB等描述。ESL設(shè)計并不是定位在這個層次上的設(shè)計。而是通過描述系統(tǒng)怎樣工作，并為進一步的實現(xiàn)提供一個解決方案。ESL設(shè)計成為系統(tǒng)和更加底層設(shè)計之間的橋梁。ESL設(shè)計包括功能設(shè)計和體系結(jié)構(gòu)設(shè)計兩大領(lǐng)域。

系統(tǒng)的行為由功能模塊實現(xiàn)，功能模塊設(shè)計必須關(guān)注系統(tǒng)的應用。功能設(shè)計不考慮硬件和軟件，物理和工藝。功能設(shè)計包括實現(xiàn)功能模塊結(jié)構(gòu)、模塊之間的通信和它們的基本行為。在ESL中一個硬件功能模塊的設(shè)計包括定義正確的功能，確定輸入和輸出，劃分子模塊，確定子模塊的結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流和控制邏輯，還要為其模塊建立測試環(huán)境。這個設(shè)計過程和RTL的設(shè)計流程相似，但他們在不同的抽象層次上，使用不同的設(shè)計語言，例如，在ESL的功能模塊建模過程中使用SystemC或SystemVerilog，而RTL級建模則使用Verilog或者VHDL。

體系結(jié)構(gòu)設(shè)計首先要建立平臺的描述。接著將應用的功能部件影射到平臺。驗證體系結(jié)構(gòu)模型，并根據(jù)成本和性能優(yōu)化這個結(jié)構(gòu)。在體系結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要考慮處理器的類型、處理器的數(shù)量、存儲器的大小、Cache性能、總線互聯(lián)和占用率、軟件和硬件的功能劃分和評估、功耗的評估和優(yōu)化等。

首先ESL接受一個設(shè)計定義的輸入，這個定義可以是文本、圖表、算法或者是某種描述語言如UML，SLD，MATLAB等的描述。對于這個輸入的定義，在ESL設(shè)計完成算法的開發(fā)，接口定義，用ESL語言或其他語言來描述來完成體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計。并在此基礎(chǔ)上完成軟硬件的劃分。完成軟硬件劃分后，可以開始軟件和硬件的設(shè)計。在硬件設(shè)計中，對于功能單元需要在較高層次上的建模，完成功能設(shè)計。比如說用SystemC進行事務(wù)級的建模。

用C/C++或其他高級語言完成應用軟件的設(shè)計。在這個階段開始軟硬件的協(xié)同驗證，根據(jù)協(xié)同驗證的結(jié)果反饋給體系結(jié)構(gòu)和軟硬件劃分。后者根據(jù)性能、成本等因素重新做出調(diào)整。軟硬件的設(shè)計和驗證，包括軟硬件的協(xié)同驗證是一個重復的過程，在整個設(shè)計過程中都要根據(jù)驗證的結(jié)果對體統(tǒng)和設(shè)計做出調(diào)整。完成驗證的硬件和軟件設(shè)計就可以組成一個完整地系統(tǒng)級設(shè)計。傳遞給下一級 的設(shè)計作為輸入。比如說是ESL設(shè)計為軟件應用提供C或C++語言描述的程序。為定制電路提供Verilog或VHDL語言描述的硬件設(shè)計。為硬件平臺提供PCB板的功能部件或抽象層IP，比如說基于SystemC的IP。在實現(xiàn)ESL設(shè)計流程的具體過程中，有不同的實現(xiàn)方法可以采用。下面介紹兩種應用得比較多 的設(shè)計方法。

在完

成系統(tǒng)功能定義后，設(shè)計方法之一是從系統(tǒng)的定義開始，先進行算法級設(shè)計。通常用MatLab等工具進行算法的分析，接著用Simulink等工具進行數(shù)據(jù)流的分析。完成分析后進行體系結(jié)構(gòu)的平臺的設(shè)計。體系結(jié)構(gòu)和平臺設(shè)計要進行系統(tǒng)級的驗證，以確定結(jié)構(gòu)是否合理。在體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，首先從IP庫中獲取已有的硬件模塊的事物級模型，如處理器和總線模型，或者重新設(shè)計IP庫中沒有的模塊的事物級模型。硬件模塊的事物級建模完成后，建立系統(tǒng)模型。接下來輸入軟件參考模型進行軟硬件的協(xié)同驗證。體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)級驗證的目標是確定存儲器的大小、DMA的定義、總線帶寬和軟硬件劃分等。

與圖2中的ESL設(shè)計方法一相比，圖3中的設(shè)計方法是直接由軟件參考代碼開始，創(chuàng)建事物級模型的虛擬平臺，在此基礎(chǔ)上進行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，驗證和性能的分析。通常，軟件參考代碼已實現(xiàn)了基本功能，特別是保證了算法及數(shù)據(jù)流等的正確性。如，軟件參考代碼可以是某一標準協(xié)議的用C語言寫的參考代碼。在軟件參考代碼和事物級模型的基礎(chǔ)上分別進行軟件和硬件的設(shè)計。在軟件設(shè)計中，會把建立完成的虛擬平臺和構(gòu)架作為集成開發(fā)環(huán)境的一部分。集成開發(fā)環(huán)境還包括編譯器和調(diào)試工具的開發(fā)。在設(shè)計的過程通過軟硬件的協(xié)同驗證調(diào)整設(shè)計的內(nèi)容。

6.SystemC的系統(tǒng)級芯片設(shè)計方法研究

在傳統(tǒng)設(shè)計方法中,設(shè)計的系統(tǒng)級往往使用UML,SDL, C, C++等進行描述以實現(xiàn)各功能模塊的算法,而在寄存器傳輸級使用硬件描述語言進行描述。最廣泛使用的2種硬件描述語言是VHDL和Verilog HDL,傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計方法流程如圖3所示。從圖中不難看出,傳統(tǒng)的設(shè)計方法會出現(xiàn)如下弊端:首先,設(shè)計人員需要使用C/C++語言來建立系統(tǒng)級模型,并驗證模型的正確性,在設(shè)計細化階段,原始的C和C++描述必須手工轉(zhuǎn)換為使用VHDL或Verilog HDL。在這個轉(zhuǎn)換過程中會花費大量的時間,并產(chǎn)生一些錯誤。

其次,當使用C語言描述的模塊轉(zhuǎn)換成HDL描述的模塊之后,后者將會成為今后設(shè)計的焦點,而設(shè)計人員花費大量時間建立起來的C模型將再沒有什么用處。再次,需要使用多個測試平臺。因為在系統(tǒng)級建立起來的針對C語言描述的模塊測試平臺無法直接轉(zhuǎn)換成針對HDL語言描述的模塊所需要的測試平臺。

無論采用什么樣的設(shè)計方法學,人們都需要對SOC時代的復雜電子系統(tǒng)進行描述,以選擇合適的系統(tǒng)架構(gòu)進行軟硬件劃分、算法仿真等。描述的級別越低,細節(jié)問題就越突出,對實際系統(tǒng)的模仿就越精確,完成建模消耗的時間、仿真和驗證時間就越長。相反,描述的抽象級別越高,完成建模需要的時間就越短,但對目標系統(tǒng)的描述也就越不精確。作為設(shè)計人員必須在速度和精確性之間做出選擇。

人們對系統(tǒng)級描述語言的要求是:高仿真速度以及建模效率、時序和行為可以分開建模、支持基于接口的設(shè)計、支持軟硬件混合建模、支持從系統(tǒng)級到門級的無縫過渡、支持系統(tǒng)級調(diào)試和系統(tǒng)性能分析等。人們迫切需要一種語言單一地完成全部設(shè)計。這種語言必須能夠用于描述各種不同的抽象級別(如系統(tǒng)級、寄存器傳輸級等),能夠勝任軟硬件的協(xié)同設(shè)計和驗證,并且仿真速度要快。這就是所謂的系統(tǒng)級描述語言SLDL,而傳統(tǒng)的硬件描述語言如VHDL和Verilog HDL都不能滿足這些要求。SystemC就是目前這方面研究的最新、最好的成果,他擴展傳統(tǒng)的軟件語言C和C++并使他們支持硬件描述,所以可以很好地實現(xiàn)軟硬件的協(xié)同設(shè)計,是系統(tǒng)級芯片設(shè)計語言的發(fā)展趨勢。7.ESL綜合

“ESL綜合”到底有沒有一種明確的定義，能讓我們確信ESL綜合是一種可行的設(shè)計技術(shù)，或者用于評估某款所謂的ESL綜合工具是否真的能夠完成綜合工作？憑借Synplicity營銷高級副總裁AndrewHaines在電子設(shè)計自動化(EDA)方面的工作經(jīng)驗，關(guān)于ESL綜合的定義，建議是：此定義應該突出ESL綜合與其他ESL設(shè)計工作相比的獨到之處。

首先，從本質(zhì)來說，綜合是從一種抽象層級轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N抽象層級，同時保持功能不變。邏輯綜合是從RTL到邏輯門的轉(zhuǎn)變；而物理綜合則是從RTL到邏輯門及布局的轉(zhuǎn)變。因此，ESL綜合是從ESL描述語言到RTL等抽象較低的實施方案的轉(zhuǎn)變。就ESL綜合的定義而言，選擇哪種描述語言并不重要，因為通過在初始化階段根據(jù)不同應用支持多種ESL語言的方式，用戶群最終均能解決這一問題。重要的是，ESL綜合應將設(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)槌橄筝^低但功能相當?shù)膶嵤┓桨?。其次，某種技術(shù)被定義為綜合技術(shù)，就必然與其他形式的轉(zhuǎn)變存在根本區(qū)別。例如，原理圖輸入(schematic capture)很顯然是一種涉及多種抽象層級的轉(zhuǎn)變，而綜合則不是。綜合與原理圖輸入定義的獨特區(qū)別在于香蕉曲線，也

就是說，綜合的結(jié)果不是面積與時序關(guān)系圖上的一個點，而是一條曲線，表示所有綜合結(jié)果均保持相當?shù)墓δ埽珪r序與面積不同。因此，根據(jù)面積與時序關(guān)系自動定義一系列功能相當?shù)慕鉀Q方案必須作為ESL綜合定義的一部分。

我們已經(jīng)認識到，真正的DSP綜合需要從算法發(fā)展到優(yōu)化的RTL，市場中已有能夠滿足上述要求的相關(guān)ESL綜合技術(shù)。這確實是ESL綜合技術(shù)的進步。不過，客戶必須始終認識到，有的所謂“ESL綜合”工具實際只能根

據(jù)算法描述創(chuàng)建參數(shù)化的RTL模型，這種產(chǎn)品不能實現(xiàn)自動化，也無法形成“香蕉曲線”，且對提高工作效率的作用也非常有限。定義本身不會改善ESL設(shè)計，即便如此，我們也應當在早期為其下一個明確的定義，以便設(shè)計小組了解ESL的真正進步與不足。參考文獻：

[1]劉強.基于SystemC的系統(tǒng)級芯片設(shè)計方法研究,現(xiàn)代電子技術(shù)，2005（9）[2]陶耕.基于ESL設(shè)計方法學的雷達信號產(chǎn)生與處理技術(shù)[D].南京理工大學,2009 [3]Ron Wilson.電子系統(tǒng)級設(shè)計：從現(xiàn)象到本質(zhì).EDN電子設(shè)計技術(shù)，2008（11）

[4]Bassam Tabbara.電子系統(tǒng)級（ESL）設(shè)計：越早開始越好.中國集成電路，2005（12）[5]祝永新.基于ARM ESL平臺的H.264與AVS雙解碼軟硬件協(xié)同設(shè)計和研究[D].上海交通大學,2010 [6]劉昊.基于ESL的AVS幀內(nèi)預測算法周期精確級建模.信息技術(shù)，2008

第二篇：四川大學電子系統(tǒng)設(shè)計實驗報告

電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐實驗報告書

評分：

學院：電氣工程學院 年級：2017級 專業(yè)：醫(yī)學信息工程 姓名：

學號：

實習時間：

周三下午 實習地點：

第二基礎(chǔ)實驗樓

2019 年 5 月 29 日

目錄

一、實驗目的與要求：

............................................................................3 二、實習主要內(nèi)容與進度安排：

............................................................3 三、實習設(shè)備及器材：

............................................................................4 四、程控放大器電路原理及參數(shù)計算....................................................4 1.實驗原理：

.......................................................................................4 2.元件參數(shù)計算...................................................................................6 3.電路圖................................................................................................7 五．程控放大器電路圖............................................................................7 六、程控放大器電路所用電阻測試參數(shù)................................................8 九、程控放大器電路實際測試數(shù)據(jù)：

....................................................8 十、程控放大器電路誤差分析及改進思路：

........................................8 十一、液晶屏顯示程序清單....................................................................9 十二、A/D 轉(zhuǎn)換程序流程圖：

..............................................................25 十三、A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)記錄表：

..............................................................26 十四、畫出 A/D 轉(zhuǎn)換以輸入電壓為橫坐標、輸出值為縱坐標的坐標圖：

...........................................................................................................27 十五、總結(jié)體會及建議或意見：

..........................................................27

一、實驗目的與要求：

1．通過課程學習，使學生掌握電子系統(tǒng)的設(shè)計方法和制作調(diào)試技能,學習并掌握 Multisim, QuartesII 等 EDA 軟件工具進行電路設(shè)計的能力。學習并掌握自頂向下的系統(tǒng)設(shè)計方法，特別要學會運用VHDL 語言或 Verilog 語言在 FPGA 中設(shè)計數(shù)字電路，熟悉各種軟件和硬件等功能模塊，并應用這些模塊來設(shè)計制作電子系統(tǒng)。通過設(shè)計制作一個程控放大器，讓學生學會設(shè)計、搭試、構(gòu)建、調(diào)試、測試電路的方法。

2.學會使用電烙鐵進行手工拆卸、焊裝電子設(shè)備的技能。

3.掌握安全使用萬用表的方法，能正確測試電流、電壓、電阻等參數(shù)，能使用萬用表測試電子元件和判斷元件質(zhì)量的方法以及元件參數(shù)的識別技能，學會根據(jù)電原理圖和印制電路板圖查找到實際測試點。

4.學會利用測試的數(shù)據(jù)分析判斷電路是否工作正常，掌握電子電路的調(diào)試和故障排除的基本技能和方法。

二、實習主要內(nèi)容與進度安排：

第一次：電子系統(tǒng)設(shè)計導論及 Multisim 仿真入門；

第二次：程控放大器電路設(shè)計與仿真（一）； 第三次：程控放大器電路設(shè)計與仿真（二）； 第四次：焊接講解與練習，元件識別； 第五次：程控放大器電路的焊接；

第六次：程控放大器電路的焊接與調(diào)試； 第七次：程控放大器電路的調(diào)試與故障排除； 第八次：程控放大器電路的調(diào)試與驗收 第九次：Quartus II 軟件的使用入門；

第十次：利用 FPGA 實現(xiàn)液晶屏顯示實驗；

第十一次：利用 FPGA 實現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換器控制實驗； 第十二次：

A/D 轉(zhuǎn)換器控制實驗驗收； 三、實習設(shè)備及器材：

1、通用電路板、放大器、電阻、導線等

2、數(shù)字式萬用電表、示波器

3、STR850 焊接工作臺、焊接耗材

四、程控放大器電路原理及參數(shù)計算 1 1..實驗原理：

程控放大器是指可以通過程序或指令控制而改變其增益等性能的放大器，其基本形式是由運算放大器和模擬開關(guān)控制的電阻網(wǎng)絡(luò)組成。模擬開關(guān)則由數(shù)字編碼控制，本次實驗中采用撥碼開關(guān)控制。

如圖所示，放大部分由 UA741CP 運算放大器放大，通過程序控制CD4051 選擇放大的倍數(shù)，撥碼開關(guān)用來控制開關(guān)電路，最后通過把正弦信號加于放大器的輸入端，通過示波器觀察并顯示輸出端所測得的波形，不同的放大倍數(shù)將顯示出不同的放大現(xiàn)象。

CD4051 管腳圖 CD4051 是單邊 8 通道的單刀八擲開關(guān)，開關(guān)接通哪一通道，由輸入的 3 位地址碼 ABC 來決定，圖中 C、B、A 為二進制控制輸入端，改變 C、B、A 的數(shù)值，可以譯出 8 種狀態(tài)，并選中其中之一，使輸出接通?！癐NH”是禁止端，當“INH”=1 時，各通道均不接通；當 INH=0 時，通道接通。改變 IN/OUT0~7 及 OUT/IN 的傳遞方

向，可以用作多路開關(guān)或者反多路開關(guān)。

反相放大器原理圖 放大電路采用反相放大器實現(xiàn)，考慮到輸入信號的幅值太小，因此本次實驗中采用兩次放大，電路最后的總增益為兩個放大器增益的乘積。2..元件參數(shù)計算

反相放大器的增益 Vf=

第三篇：電子系統(tǒng)設(shè)計實驗報告

本 科 生 實 驗 報 告

實驗課程

電子系統(tǒng)設(shè)計

學院名稱

專業(yè)名稱

測控技術(shù)與儀器

學生姓名

學生學號

指導教師

實驗地點

實驗成績

二〇

年

月

——

二〇

年

月

實驗一、運放應用電路設(shè)計

一、實驗目的

（1）了解并運用 NE555 定時器或者其他電路，學會脈沖發(fā)生器的設(shè)計，認識了解各元器件的作用和用法。

（2）掌握運算放大器基本應用電路設(shè)計 二、實驗要求

（1）使用 555 或其他電路設(shè)計一個脈沖發(fā)生器，并能滿足以下要求：產(chǎn)生三角波

第四篇：電子系統(tǒng)設(shè)計實習報告

電子系統(tǒng)設(shè)計實習報告

電子1071沈錦洪200711611115

一、實習目的：

1、提高我們應屆畢業(yè)生的實際動手焊接的能力和焊接的技術(shù)，認識到了與以往不同的貼片焊接技術(shù)，認識科學技術(shù)提高生產(chǎn)力的真正道理，提高PCB電路設(shè)計能力，認識PCB電路板的生產(chǎn)腐蝕原理和技術(shù)，認識FM收音機和機器貓的控制原理和電路原理，提高實際動手操作和組裝實物的能力。

2、還有將大學學的一些電路理論應用到實際的設(shè)計中，達到學以致用的目的。

二、實習單位及崗位：科技樓五樓的電子實習實驗室

三、實習內(nèi)容及過程：

1、組裝和調(diào)試SMT型FM微型收音機。

（1）內(nèi)容：獨立完成SMT型FM收音機的組裝和調(diào)試工作。表面安裝技術(shù)(Surface Mounting Technology，簡稱SMT)，是實現(xiàn)電子系統(tǒng)微型化和集成化的關(guān)鍵。SMT已經(jīng)在很多領(lǐng)域取代了傳統(tǒng)的通孔安裝（Through Hole Technology，簡稱THT），預計未來90%以上產(chǎn)品采用SMT，如電腦，手機，MP3,4,電視，筆記本，攝像機，相機等。

（2）過程：我們認識到表面安裝技術(shù)的原理后，第二天早上在實驗室動手做了，在印制板上放置一塊模板，定位，利用絲網(wǎng)印機托板上的定位針，將電路板放好。將模板放平，壓在電路板上。通過小孔觀察，發(fā)現(xiàn)每個小孔下面都有一個亮點，并且這些亮點充滿每個小孔，說明小孔和焊盤對應很準確，接著在模板上刮焊膏，刮板起始角度約為60°，在刮焊錫膏的過程中角度逐漸變小，到印制板末端時角度約為30°，以使每個焊盤上焊膏均勻、相等。然后在印制板上放上貼片元器件，本收音機共有貼片元件23個，每一個元件都有一張圖紙和其對應，圖紙上有一紅色標記，標出本元件應該貼裝的位置。所有元件分為電阻、電容、三極管、集成電路四種類型，貼集成電路時可看到實際它本身左下角有一小坑，而圖紙上的集成電路左下角有一小圈，把小坑和小圈對應上后，垂直放下一次放正，我們流水線地放好這23個貼片元件，貼裝電阻時注意：它分為兩面，一面為標注阻值，另一面為白色沒有任何標記，有標注一面向上貼裝，以備檢查。最后放進焊爐流焊，因采用的再流焊機為全自動，只要設(shè)置好再流焊機的參數(shù)，可以產(chǎn)生符合焊錫膏焊接要求的溫度曲線，即可工作。

有一些大的元器件不能用貼片完成，例如一些插口接口，我們用手工焊接在電路板上，按照收音機指導書上的原理圖對應地焊上相應的原件，最后利用放大鏡臺燈檢查電路板焊接質(zhì)量，對焊接不合格元件進行修復

最后將收音機部件組裝、檢測調(diào)試，確定有沒有收到電臺，聲音清晰大聲不，然后總裝和交驗。

2、設(shè)計電動玩具—機器貓。

（1）內(nèi)容：對照實習指導書，自己用multisim軟件對機器貓電路進行原理仿真，在仿真測試通過情況下，用protel軟件設(shè)計PCB圖，對照下面參考PCB圖，自我檢查，沒問題情況下制版

（2）過程：首先我們根據(jù)機器貓原理電路圖在電腦上用protues軟件對

機器貓電路進行原理仿真，確定沒有問題后，設(shè)計PCB圖，將pcb圖形按1：1比例打印到熱轉(zhuǎn)印紙上，然后將熱轉(zhuǎn)印紙固定到刷好的銅板上，放進熱轉(zhuǎn)印機進行壓制，放進熱轉(zhuǎn)印機的時候，要注意轉(zhuǎn)印紙進去的時候把銅板也推進去，不要轉(zhuǎn)印紙進去了，而銅板沒有進去，第一次做的時候就是遇到這種情況，轉(zhuǎn)印好了之后，等板涼了之后，慢慢取下轉(zhuǎn)印紙，讓電路圖印在上面，然后在銅板鉆孔，鉆孔的時候，注意右手要扶穩(wěn)固定銅板，右手讓鉆孔機垂直鉆下去并且不要移動，鉆孔的時候做好安全措施，戴好眼睛，以防鉆針斷了之后飛進眼睛，極其危險。鉆好孔后，我們把板上的石墨擦掉，最后在銅板上擦上松香水，防止電路板上的焊盤被氧化，影響板的質(zhì)量。板做好之后，我們就把相應的元器件按照電路圖焊上，焊好之后我們就初步調(diào)試一下，看看電路板有沒有做成功，給板接上直流穩(wěn)壓電源4、5V電壓，測試板上M（-）和M（+）輸出端的電壓有沒有受到光、聲音、磁的控制，沒有問題后我們就領(lǐng)上機器貓，把機器貓改裝接上我們自己做的電路板，調(diào)試機器貓有沒有受到聲音、光、磁的控制，沒有問題后，最后把整只機器貓組裝上。

四、實習總結(jié)及體會：

這次電子系統(tǒng)設(shè)計實習讓我學到了許多的東西，知道貼片焊接的技術(shù)，確實大大提高生產(chǎn)力，焊接的時候來不得半點的虛假，要認認真真，否則就虛焊或者短接其它的線路，整個實***提高了我們的焊接技術(shù)，焊接技術(shù)是我們實際動手能力的最基礎(chǔ)。

在做FM收音機的時候也遇到很多問題，調(diào)試的時候沒有聽到聲音，經(jīng)過多次測試，反復思考，最終發(fā)現(xiàn)是耳機的問題，換一個耳機試了一下，就神奇般的聽到聲音了，這是經(jīng)過原因排除法，最后才發(fā)現(xiàn)到這個原因，還有開始調(diào)試接上電源的時候沒有發(fā)現(xiàn)燈亮，經(jīng)過原因排除法和詢問同學，跟同學探討，原來收音機音量上還有一個開關(guān)，那里的開關(guān)沒有打開，在實際的動手中，發(fā)現(xiàn)一些小問題也是一個大問題，得多思考，多和同學交流探討。

在做機器貓的時候，發(fā)現(xiàn)的問題更多，剛開始調(diào)試的時候是把電路板接在機器貓電池匝上，接反了，結(jié)果集成芯片發(fā)熱，趕快卸下來，后來用直流穩(wěn)壓電源來調(diào)試，確定電源正負極，初步調(diào)試成功，在把電路板改裝上機器貓的時候，由于機器貓的螺絲很多，拆卸復雜，裝電路板的時候弄斷了四根電路板上的線，又得重新焊上，還有在接上電路板調(diào)試機器貓的時候，裝上電池，機器貓沒有動，以為電線又斷了，經(jīng)過多方檢查，原因是電池沒有電了，郁悶，在做這個機器貓的時候，發(fā)現(xiàn)組裝能力，小心和細心是少不了滴，考驗我們的組裝能力大于焊接能力。

最后，在這次的電子系統(tǒng)實習中，感謝老師同學們的幫助，自己學到了不少的東西。

第五篇：電子系統(tǒng)設(shè)計實踐要求

電子系統(tǒng)設(shè)計實踐

本實踐教學環(huán)節(jié)是應用已經(jīng)學過的單片機知識、智能儀器原理、電子系統(tǒng)設(shè)計理論、相關(guān)編程技術(shù)以及相關(guān)仿真軟件等知識，設(shè)計一個簡單的電子應用系統(tǒng)。

一．主要內(nèi)容與要求：

1.實踐的內(nèi)容：

設(shè)計一個多路溫度采集系統(tǒng)，基本要求為至少采集3路溫度信號（采用DS18B20溫度傳感器），采集的數(shù)據(jù)系統(tǒng)自動存儲并顯示，采用數(shù)1602 LCD顯示屏顯示多路采集的結(jié)果，同時通過串口發(fā)到上位機PC顯示。

要求如下：

（1）采集的溫度數(shù)據(jù)精確到小數(shù)點一位，如：23.5℃

（2）LCD和PC機上同時實時顯示多路的采集結(jié)果，至少3路。（上位機軟

件采用串口調(diào)試助手）

（3）外擴按鍵，可以設(shè)置采集溫度的上、下界限，當檢測到溫度超過此界

限時，系統(tǒng)會自動進行聲光報警等。（也可通過上位機設(shè)置）

（4）超限可自動調(diào)節(jié)溫度。（仿真控制電機，實物控制繼電器）

設(shè)計過程可先通過PROTEUS仿真軟件對系統(tǒng)進行軟硬件設(shè)計及仿真，再進行實物制作。

2.實踐的要求：

整個過程在指定的實驗室里，在規(guī)定時間內(nèi)完成。在實踐過程中，教師負責指導工作，學生獨立完成相關(guān)任務(wù)。學生以分組方式進行，每組1—3名學生。設(shè)計工作結(jié)束后需接受教師的驗收，展示作品，回答教師的提問。最后完成設(shè)計報告并上交。

二．進度安排：

本實踐環(huán)節(jié)安排兩周，開始時用2學時講課，解釋實踐項目的內(nèi)容和要求。接著用4天時間進行仿真設(shè)計，用一周時間進行實物制作。

最后1天進行考核評分。

三．成績評定方法：

本實踐教學環(huán)節(jié)的考核分設(shè)計報告、仿真結(jié)果和實際作品三部分。分別占30%、20%和40%，平時考勤情況占10%。