EDA综述

EDA综述报告前言EDA技术伴随着计算机、集成电路、电子系统设计的发展，经历了三个发展阶段：1、计算机辅助设计(CAD)2、计算机辅助工程设计(CAE)3、电子设计自动化(EDA)1、计算机辅助设计(CAD)随着集成电路的出现和应用，硬件设计进入到发展的初级阶段。

初级阶段的硬件设计大量选用中小规模标准集成电路。

在此阶段，人们开始将产品设计过程中高度重复性的繁杂劳动，如布图布线工作，用二维图形编辑与分析的CAD工具替代，最具代表性的产品就是美国ACCEL公司开发的Tango布线软件。

20世纪70年代，是EDA技术发展初期，由于PCB布图布线工具受到计算机工作平台的制约，其支持的设计工作有限且性能比较差。

2、计算机辅助工程（CAE）随着微电子工艺的发展，相继出现了集成上万只晶体管的微处理器、集成几十万直到上百万储存单元的随机存储器和只读存储器。

此外，支持定制单元电路设计的硅编辑、掩膜编程的门阵列，如标准单元的半定制设计方法以及可编程逻辑器件(PAL和GAL)等一系列微结构和微电子学的研究成果都为电子系统的设计提供了新天地。

因此，可以用少数几种通用的标准芯片实现电子系统的设计。

20世纪80年代初，推出的EDA工具则以逻辑模拟、定时分析、故障仿真、自动布局和布线为核心，重点解决电路设计没有完成之前的功能检测等问题。

到了20世纪80年代后期，EDA工具已经可以进行设计描述、综合与优化和设计结果验证，CAE阶段的EDA工具不仅为成功开发电子产品创造了有利条件，而且为高级设计人员的创造性劳动提供了方便。

但是，大部分从原理图出发的EDA工具仍然不能适应复杂电子系统的设计要求，而具体化的元件图形制约着优化设计。

3、电子系统设计自动化阶段微电子技术的发展，特别是可编程逻辑器件的发展，使得微电子厂家可以为用户提供各种规模的可编程逻辑器件，设计者通过设计芯片实现电子系统功能。

EDA工具的发展，又为设计师提供了全线EDA工具。

这个阶段发展起来的EDA工具，目的是在设计前期将设计师从事的许多高层次设计由工具来完成。

由于电子技术和EDA工具的发展，设计师可以在不太长的时间内使用EDA工具，通过一些简单标准化的设计过程，利用微电子厂家提供的设计库来完成数万门ASIC和集成系统的设计与验证。

正文一、发展历程：EDA技术随着计算机、集成电路、电子系统设计的发展，经历了一个由浅到深的过程。

20世纪70年代，随着中小规模集成电路的开发应用，传统的手工制图设计印制电路板和集成电路的方法已无法满足设计精度和效率的要求，因此工程师开始进行二维平面图形的计算机辅助设计，以便解脱繁杂、机械的版图设计工作，这就是第一代的EDA工具。

到了80年代，为了适应电子产品在规模和制作上的需要，应运出现了以计算机仿真和自动布线为核心技术的第二代EDA技术，其特点是以软件工具为核心，通过这些软件完成产品开发的设计、分析、仿真、测试等各项工作。

90年代后，EDA技术继续发展，出现了以高级语言描述、系统仿真和综合技术为特征的第三代EDA技术，通常也称为ESDA（Electronic System Design Automation）阶段。

在这个阶段，人们开始追求贯彻整个设计过程的自动化，可以从繁重的设计工作中彻底解放出来，把精力集中在创造性的方案与概念构思上，从而可以提高设计效率，缩短产品的研制周期。

EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言HDL 完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。

EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可靠性，减轻了设计者的劳动强度。

二、EDA技术涵义EDA技术包括狭义EDA技术和广义EDA技术。

狭义EDA技术，就是指以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件方式设计的电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技术，或称IES/ASIC 自动设计技术。

广义EDA技术，是通过计算机及其电子系统的辅助分析和设计软件，完成电子系统某一部分的设计过程。

因此，广义EDA技术除了包含狭义的EDA技术外，还包括计算机辅助分析CAA技术(如PSPICE，EWB，MATLAB等)，印刷电路板计算机辅助设计PCB-CAD技术(如PROTEL，ORCAD等)和其它高频和射频设计和分析的工具等。

EDA技术的共同特点：①通过使用相应的电路分析和设计软件，完成电子系统某部分的设计；②在电子系统设计中所使用的EDA软件基本都符合自顶向下的设计流程的理念；③使用EDA软件设计电子系统，都需要分工设计，团体协作；④使用EDA软件设计电子系统，提高了设计的效率，缩短了设计周期；⑤使用EDA软件设计电子系统，采用了模块化和层次化的设计方法；⑥大多数EDA软件都具有仿真和模拟功能；基于狭义EDA技术进行可编程逻辑器件的设计应掌握以下几个方面的内容：①大规模可编程逻辑器件（PLD），PLD是利用EDA技术进行电子系统设计的载体；②硬件描述语言（HDL），HDL语言是利用EDA技术进行电子系统设计的主要表达手段；③EDA设计软件(EDAS,)，EDA设计软件是利用EDA技术进行电子系统设计的自动化设计工具；④相关的硬件平台，硬件平台是利用EDA技术进行电子系统设计的下载工具及硬件验证工具；１、大规模可编程逻辑器件（PLD）现在所说的PLD器件一般包含现场可编程门阵列（FPGA）和复杂可编程逻辑器件（CPLD）。

由于PLD的集成规模非常大，因此可利用先进的EDA工具进行电子系统设计和产品开发。

由于开发工具的通用性、设计语言的标准化以及设计过程几乎与所用器件的硬件结构无关，因而设计开发成功的各类逻辑功能块软件有很好的兼容性和可移植性。

与ASIC设计相比，PLD显著的优势是开发周期短、投资风险小、产品上市速度快、市场适应能力强和硬件升级回旋余地大，而且当产品定型和产量扩大后，可将在生产中达到充分检验的VHDL设计迅速实现ASIC投产。

2、硬件描述语言常用硬件描述语言有VHDL、Verilog和ABEL语言。

VHDL起源于美国国防部的VHSIC，Verilog起源于集成电路的设计，ABEL则来源于可编程逻辑器件的设计。

下面从使用方面对这三种语言进行简要的对比：①逻辑描述层次：一般的硬件描述语言可以在三个层次上进行电路描述，其层次由高到低依次可分为行为级、RTL级和门电路级。

VHDL语言是一种高级描述语言，适用于行为级和RTL级的描述，最适于描述电路的行为；Verilog语言和ABEL语言是一种较低级的描述语言，适用于RTL级和门电路级的描述，最适于描述门级电路。

②设计要求：VHDL进行电子系统设计时可以不了解电路的结构细节，设计者所做的工作较少；Verilog和ABEL语言进行电子系统设计时需了解电路的结构细节，设计者需做大量的工作。

③综合过程：任何一种语言源程序，最终都要转换成门电路级才能被布线器或适配器所接受。

因此，VHDL语言源程序的综合通常要经过行为级→RTL级→门电路级的转化，VHDL几乎不能直接控制门电路的生成。

而Verilog语言和ABEL 语言源程序的综合过程要稍简单，即经过RTL级→门电路级的转化，易于控制电路资源。

④对综合器的要求：VHDL描述语言层次较高，不易控制底层电路，因而对综合器的性能要求较高，Verilog和ABEL对综合器的性能要求较低。

⑤支持的EDA工具：支持VHDL和Verilog的EDA工具很多，但支持ABEL的综合器仅仅Dataio一家。

⑥国际化程度：VHDL和Verilog已成为IEEE标准，而ABEL正朝国际化标准努力。

在新世纪中，VHDL与Verilog语言将承担几乎全部的数字系统设计任务。

3、软件开发工具基于高复杂度PLD器件的开发，在很大程度上要依靠EDA软件完成。

PLD的EDA工具以计算机软件为主，将典型的单元电路封装起来形成固定模块并形成标准的硬件开发语言（如HDL语言）供设计人员使用。

PLD开发软件需要自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合及优化、布局布线、仿真以及对于特定目标芯片的适配编译和编程下载等工作。

典型的EDA工具中必须包含两个特殊的软件包，即综合器和适配器。

综合器的功能就是将设计者在EDA平台上完成的针对某个系统项目的HDL、原理图或状态图形描述，针对给定的硬件系统组件，进行编译、优化、转换和综合。

４、硬件开发平台硬件开发平台提供芯片下载电路及EDA实验/开发的外围资源，以供硬件验证用。

硬件开发平台一般包括：①实验或开发所需的各类基本信号发生模块，包括时钟、脉冲、高低电平等；②PLD输出信息显示模块，包括数码显示、发光管显示、声响指示等；③监控程序模块，提供“电路重构软配置”；④目标芯片适配座以及上面的FPGA/CPLD目标芯片和编程下载电路。

设计已经从传统的自下而上的方法，转变成自上而下的设计方法。

传统上的设计方法是自下而上的设计方法，是以固定功能元件为基础，基于电路板的设计方法。

这种设计方法有下面的缺点：①设计依赖于设计人员的经验。

②设计依赖于现有的通用元器件。

③设计后期的仿真不易实现，并且调试复杂。

④设计实现周期长，灵活性差，耗时耗力，效率低下。

三、EDA技术的应用EDA在教学、科研、产品设计与制造等各方面都发挥着巨大的作用。

在教学方面，几乎所有理工科（特别是电子信息）类的高校都开设了EDA课程。

主要是让学生了解EDA的基本概念和基本原理、掌握用HDL语言编写规范、掌握逻辑综合的理论和算法、使用EDA工具进行电子电路课程的实验并从事简单系统的设计。

一般学习电路仿真工具（如EWB、PSPICE）和PLD开发工具（如Altera/Xilinx 的器件结构及开发系统），为今后工作打下基础。

科研方面主要利用电路仿真工具（EWB或PSPICE）进行电路设计与仿真；利用虚拟仪器进行产品测试；将CPLD/FPGA器件实际应用到仪器设备中；从事PCB 设计和ASIC设计等。

在产品设计与制造方面，包括前期的计算机仿真，产品开发中的EDA工具应用、系统级模拟及测试环境的仿真，生产流水线的EDA技术应用、产品测试等各个环节。

如PCB的制作、电子设备的研制与生产、电路板的焊接、ASIC的流片过程等。

从应用领域来看，EDA技术已经渗透到各行各业，如上文所说，包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA 有应用。