跟李凡老师学FPGA之D01：数电基础复习、介绍FPGA工具及流程（20160423课堂笔记）

1132
        如果输入数由原来的1:0变成3:0，总的输入数变成8根线，基于四输入查找表，我们来看如何实现。
        没有做逻辑化简的话，是这样实现的。
1133
        （见白板图示）

1134
        第一级的四输入查找表由16个组成，每个四输入查找表的输入项只有一个。
        然后第二级有16个输入项，再组成一个多路器，这个多路器不是四输入查找表，而是有16个输入端的多路器，用它来控制B[3:0]，得到对应的输出。
        这个输出我们是做成A>B。

1135
        如果是这样直接连的话，2的n次方问题还是没有解决。
        但是实际上用EDA来做，用电脑来做的话，它会做一个化简。
        这个就是LUT存在的理由。
        它是怎么做的呢？
1136
        EDA会这样做。
1137
        我们把A、B由3:0调整为7:0。变成16位输入，65536。

1138
        取最高2位给LUT0，然后是LUT1、LUT2、LUT3。得到e0、e1、e2、e3。

1139
        再用一个四输入查找表LUT4得到输出。
        逻辑化简的结果，称之为减输入化简。
        这样的话，只需要用到5个四输入查找表。
1140
        16输入用到的65536个端口在基于LUT下面，只需要80个。这是LUT存在的一个主要理由。
        还有一个理由，就是它支持非常优化的算法，它优化的算法非常简单。
1141
        这个是对基础理论的一个铺垫，也是对以往数字电路的一个复习。
        下面我们来说一下工具。

1142
        刚才我们讨论的是硬件定制平台。
        它的发展历史，从这个发展历史，看得到现代FPGA的平台给设计者提供了几乎是尽善尽美的一个硬件设计平台。
        你要锁相环它有，你要缓冲器它有，还有很多定制的电路立刻可以得到。
        后面还有SOC的系统，利用SOC可以非常轻松地得到大逻辑。
        所以说，称之为尽善尽美，一点也不过分。
        但是在这个过程中，EDA设计的方法、支持EDA的工具也发生了巨大的变化。
        我们早期的设计过程强调原理图，有了原理图之后，根据原理图来进行设计。

1143
        早期依靠原理图的这个设计过程，我们只有在得到了实际的物理实现的时候，才能对它进行测试和交付。
        这个设计过程，原来是基于人工作业。随着电路复杂性和规模的增加，人工原理图方法已经无法完成。

1144
        这种设计方法必然带来一种变革。
        上世纪的70年代，世界计算机设计会议，有一个著名的学者，卡菲尔•米德，提出了超大规模电路的设计思想。
        在1980年的一个报告里面，第一次系统地提出了EDA工具、HDL语言、仿真验证这些想法，非常符合当时的要求。
        就是用计算机的方法来设计，不能用以往的人工作业。
        卡菲尔•米德提出了一些非常经典的、一直到今天仍然是基础的一些内容。
1145
        我们在后面的课程里面会集中介绍，明后天我们介绍电路模型的结构化，就是他的基本思想。
        有一点是肯定的，这个时候，在米德体系下面，提出了一个非常重要的问题，如果是用计算机来进行电子的设计，即EDA，非常重要的一个问题就是加速。
1146
        设计者的意图计算机如何理解呢？理解以后计算机完成的过程又如何交付给人类呢？
        就是机器和人的交互的问题。
        在当时已经有了非常完善的基于计算机的语言系统，像C语言系统，因此米德体系自然而然地就提出了这种语言系统。
        但是，加上了一个D字，HDL的D，描述Description，强调它是抽象的，只是对电路的一种描述。
1147
        这种电路的描述，是一种约定的描述。

1148
        我们在没有抽象电路模型之前，一定要在得到实际的电路硬件之后，我们才能够知道这个设计是否有缺陷，是否需要调整。
        早期的验证跟Test是类似的，早期的设计里面也有面向测试的设计。
        但是验证Verification，它不需要硬件，只需要有一段代码，就知道会发生什么，不会发生什么，逻辑上是否如此，时序上是否如此。
        并且支持第三方工具，这些都是抽象电路模型所起的作用。

1149
        这个抽象电路模型就是一道门槛，设计者把设计思想用正确的方式描述出来，EDA根据描述正确理解了，就能发生效率上的巨大提升。
        这种描述如何变成FPGA最终的硬件实现呢？
1150
        （见PPT图示）