第一章绪论
1.1选题背景及其意义
其自动控制系统的主要作用就是对运动参数的部分或全部进行自动控制，使航行器按战术、技术要求的弹道航行‘”。水下航行器自控系统由航行器主体(被控对象)和自动控制装置按照闭环负反馈原理组成。自动控制装置是由中央处理器(可以是单片机或微处理器)作为核心控制，加上若干个敏感元件，执行机构系统中的控制元件等电路组成。因此，整个系统除单片机之外，还有一些分离器件做在一些印刷电路板上。这种系统结构的缺点是:①体积大;②可靠性差，因为印刷电路板的可靠性远赶不上集成电路的可靠性，其抗干扰能力及抗破坏能力均不及集成电路强;③由于系统均由通用的分离器件组成，作为军用产品，其保密性太差。如果能将单片机及其外围电路集成在一块芯片上，则能克服上述缺点。因此，本论文的主要工作是对水下航行器自控系统的集成设计技术进行研究。
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1.2专用集成电路(ASIC)高层次设计方法概述
这就迫使我们必须研究新的设计策略、设计方法和设计工具。在策略上最重要的是设计重用(reuse)。集成电路产品的集成度，目前仍然保持每18个月增长一倍的发展速度(摩尔定律)，而产品的生命周期却日趋缩短，因此迫切要求提高ASIC芯片的设计速度。其中最重要的是尽可能重复运用己有的设计成果，采用具有知识产权的功能单元块(称IP)。因此，必须重视IP的开发和重用。在设计方法方面是要研究在更高的层次上运用电子设计自动化(EDA)工具进行设计。目前我国ASIC设计业的基本状况是芯片设计开发工作严重滞后于电子产品发展的需求，滞后于芯片生产线的吞吐能力。并且设计和投产的ASIC产品门类单一，品种太少，性能较低。要改变这种状况，急需提高设计能力，最有效的方法就是采用高层次设计方法—HLD(HighLevelDesign)，使得设计者可以在高层次开始设计。目前寄存器传输级(RTL:RegisterTransferLevel)综合方法已经被设计者所接受。然而，自20世纪90年代以来，芯片集成度的增加和市场需求的变化均极为迅速，要求大幅度地缩短集成电路的设计周期。现有的寄存器传输级的设计方法在能力上己趋近极限，ASIC设计师需要在比寄存器传输级更高的抽象层次上进行设计。因此，高级综合(High一LevelSynthesiS)的设计方法和设计工具就成为当前国际上EDA领域内最热门的研究课题。
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第二章基于VHDL系统的算法级行为描述
2.1水下航行器自控系统分析
2.1.18051单片机系统结构
MCS一51系列单片机是美国Intel公司80年代推出的高档8位单片机，由于它的结构与指令功能都是按照工业控制要求设计的，故又叫微控制器。现已广泛应用在工业控制、自适应控制、智能仪表、数据采集系统等。8051是MCS一51系列单片机中具有代表性的产品，本节将对它的系统结构进行分析。
一、8051单片机硬件结构的特点
8051单片机硬件结构具有如下一些主要特点:
(1)适于控制应用的8位CPU。
(2)4K字节片内程序存贮器(ROM形式)。
(3)128字节片内数据存贮器(RAM)和21个特殊功能寄存器。
(4)4个工/O端口，32根工/0口线，尤其是它有一个全双工的串行口，该串行口是利用两根1/0口线构成的，有四种工作方式，可通过编程选定。
(5)可对64KB的外部数据存贮器寻址，而对程序存贮器是内外总空间为64KB。
(6)有5个中断源，分为2个优先级，每个中断源的优先级是可编程的。它的堆栈位置也是可编程的，堆栈深度可达128字节。
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2.2系统的算法级行为描述
水下航行器自控系统是一个复杂的数字系统(以下简称系统)，在用vHDL对其进行描述时，为了使所实现的VHDL编码结构良好，可读性强，可综合以及高效率，本文在描述时提出以下的一些策略。
一、采用了统一的信号命名规则
对于一个复杂的数字系统，构成它的模块较多，各模块间的接口信号则更多，如果不进行统一的管理，在描述的过程中将会出错。为此，在进行系统的描述过程中，我们对信号进行了统一的命名。信号名是以字母开头的。用“_”组成的一个字符串，具有一定的意义，通常表明信号的意义、来源或用途。如last_fallsng_eige_time表示最终下降边缘时间标记，Startup一ount表示开始计数标记等。
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第三章ASIC高级综合的理论与方法··············37
3.1VHDL综合子集的确立············37
3.2设计表示的中间数据格式········44
3.3操作调度算法···············58
3.4资源分配················79
3.5控制信息的提取··············”88
3.6小结·····················92
第四章高级综合实现的初步研究············94
4.1《Talent2000ASIC高层次自动设计系统》··········94
4.2高级综合实现的初步研究·············95
4.3小结··················105
第五章水下航行器自动控制系统的软件设计
5.1水下航行器空间运动方程组的建立
在第一章绪论中曾经说过，对于集成系统，在单个芯片内集成了一些嵌入式硬件以及为完成特定功能所必须的嵌入式软件。本章将研究水下航行器自控系统的软件设计。水下航行器自控系统软件的主要功能是对航行器的运动参数进行自动控制，以保证航行器按战术、技术要求的弹道航行。因此，水下航行器自控系统的软件设计是水下航行器自控系统集成设计的一个重要组成部分。本章将首先建立水下航行器空间运动方程组，为控制系统设计奠定基础，然后将从工程应用的角度出发研究两种变结构控制方法:输出反馈变结构控制方法和非线性变结构控制方法。将详细讨论这两种变结构方法的理论、设计步骤、水下航行器变结构控制系统设计、仿真等内容。
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第六章全文总结
系统分析是进行系统集成设计的第一步，分析的过程就是对系统功能及要求的深入研究。本文对系统的核心控制器8051单片机的总体性能、特点及其结构进行了分析，对MCS一51的指令系统做了概括性介绍，并给出了其CPU的时序。本文还提出了8051单片机与外围电路接口的设计方案，该设计方案简单合理，是切实可行的。在此基础上，本文给出了系统的结构框图。高级综合的输入是系统的算法级行为描述。本文对VHDL语法结构进行了深入研究，提出了关于算法级行为描述的特征和行为描述的策略，由此设计了某型水下航行器自控系统的算法级行为描述程序，该程序VHDL编码结构良好，可读性强，约3000行左右。本文还提出了复杂数字系统的模拟策略，设计了VHDL测试基准程序，完成了系统功能模块的模拟验证。本文从ASIC设计的角度出发，对ASIC高级综合的理论与方法进行了深入的探讨。本文系统地分析了VHDL语言的可综合性问题，并结合实际高级综合系统(HLS忍rr)讨论了VHDL综合子集的确立及实现方法。针对本文所选定的VHDL综合子集，建立了一个高级综合设计表示的中间数据格式，即CDFG模型，提出了所选定的VHDL子集中基本语句的CDFG表示，给出了CDFG的自动生成方法，并对其特点进行了概括总结。
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参考文献（略）