EDA技术现状及发展趋势

EDA 技术现状及发展趋势

摘要:

通过介绍EDA 技术发展过程、现状, 及发展趋势，和EDA 在当今电子技术领域的所起到的作用, 比较了EDA 技术与传统电子设计方法的差异, 总结出EDA 技术的优势与发展趋势。

关键词:

EDA 技术，硬件描述语言

前言

EDA 是电子设计自动化( Electronic Design Automation) 的缩写。它是一门正在高速发展的新技术, 是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, 自动完成用软件的方式设计电子系统到硬件系统的一门新技术。可以实现逻辑编译、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。完成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。

EDA 技术的概念和基本特点

EDA 技术是伴随着计算机、集成电路、电子系统的设计发展起来的, 至今已有30 多年的历程, 大致可以分为三个发展阶段：第一阶段为20 世纪70 年代的CAD( 计算机辅助设计) 阶段: 这一阶段的主要特征是利用计算机辅助进行电路原理图编辑、PCB 布线, 使得设计师从传统高度重复繁杂的绘图劳动中解脱出来。

第二阶段为20 世纪80 年代的CAED( 计算机辅助工程设计) 阶段: 这一阶段的主要特征是以逻辑摸拟、定时分析、故障仿真、自动布局布线为核心, 重点解决电路设计的功能检测等问题, 使设计能在产品制作之前预知产品的功能与性能。

第三阶段为20 世纪90 年代是EDA( 电子设计自动化) 阶段: 这一阶段的主要特征是以高级描述语言、系统仿真和综合技术为特点, 采用自上而下的设计理念, 将设计前期的许多高层次设计由EDA 工具来完成。

EDA 是电子技术设计自动化, 也就是能够帮助人们设计电子电路或系统的软件工具。该工具可以在电子产品的各个设计阶段发挥作用, 使设计更复杂的电路和系统成为可能。在原理图设计阶段, 可以使用EDA 中的仿真工具论证设计的正确性。在芯片设计阶段, 可以使用EDA 中的芯片设计工具设计制作芯片的版图。在电路板设计阶段, 可以使用EDA 中电路板设计工具设计多层电路板。特别是支持硬件描述语言的EDA 工具的出现, 使复杂数字系统设计自动化成为可能, 只要用硬件描述语言将数字系统的行为描述正确, 就可以进

行该数字系统的芯片设计与制造。

EDA 代表了当今电子设计技术的最新发展方向, 即利用EDA 工具, 电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统, 大量工作可以通过计算机完成, 并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC 版图或PCB 版图的整个过程在计算机上自动处理完成。设计者采用的设计方法是一种高层次的自上而下的全新设计方法, 即首先从系统设计入手, 在顶层进行功能方框图的划分和结构设计。在方框图一级进行仿真、纠错，并用硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述, 在系统一级进行驶证; 然后用综合优化工具生成具体门电路的网络表, 其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路。设计者的工作仅限于利用软件的方式, 即利用硬件描述语言和EDA 软件来完成对系统硬件功能的实现。随着设计的主要仿真和调试过程是在高层次上完成的, 这既有利于早期发现结构设计上的错误, 避免设计工作的浪费, 又减少了逻辑功能仿真的工作量, 提高了设计的一次性成功率。随着现代电子产品的复杂度和集成度的日益提高, 一般的中小规模集成电路组合已不能满足要求, 电路设计逐步地从中小规模芯片转为大规模、超大规模芯片, 具有高速度、高集成度、低功耗的可编程器件已蓬勃发展起来。

硬件描述语言( HDL) 是一种用于进行电子系统硬件设计的计算机高级语言, 它采用软件的设计方法来描述电子系统的逻辑功能、电路结构和连接形式。硬件描述语言是EDA 技术的重要组成部分, 是EDA 设计开发中很重要的软件工具。VHDL 即超高速集成电路硬件描

述语言, 是作为电子设计主流硬件的描述语言。它具有很强的电路描述和建模能力，能从多个层次对数字系统进行建模和描述，从而大大简化了硬件设计任务，提高了设计可靠性，用VHDL 进行电子系统设计的一个很大的优点是设计者可以专心致力于其功能的实现, 而不需要对不影响功能与工艺有关的因素花费过多的时间和精力。

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,分为行为级、几级和门电路级。应用VHDL 进行电子系统设计有以下优点:（1)VHDL 的宽范围描述能力使它成为高层次设计的核心。将设计人员的工作重心提高到了系统功能的实现与调试, 只需花较少的精力用于物理实现。（2)VHDL可以用简洁明确的代码描述来进行复杂控制逻辑的设计, 灵活且方便, 而且也便于设计结果的交流、保存和重用。（3) VHDL 的设计不依赖于特定的器件, 方便了工艺的转换。（4) VHDL 是一个标准语言, 为众多的EDA 厂商支持, 因此移植性好。

将EDA 技术与传统电子设计方法进行比较可以看出, 传统的数字系统设计只能在电路板上进行设计, 是一种搭积木式的方式, 使复杂电路的设计、调试十分困难; 如果某一过程存在错误, 查找和修改十分不便; 对于集成电路设计而言, 设计实现过程与具体生产工艺直接相关, 因此可移植性差; 只有在设计出样机或生产出芯片后才能进行实现, 因而开发产品的周期长。而EDA 技术则有很大不同, 采用可编程器件, 通过设计芯片来实现系统功能。采用硬件描述语言作为设计输入和库的引入, 由设计者定义器件的内部逻辑和管脚,

将原来由电路板设计完成的大部分工作改在芯片的设计中进行。由于管脚定义的灵活性, 大大减轻了电路图设计和电路板设计的工作量和难度, 有效增强了设计的灵活性, 提高了工作效率。并且可减少芯片的数量, 缩小系统体积, 降低能源消耗, 提高了系统的性能和可靠性。能全方位地利用计算机自动设计、仿真和调试。

EDA 技术的发展趋势

EDA 技术发展迅猛, 逐渐在教学、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 的基本原理和基本概念、掌握用VHDL 描述系统逻辑的方法、使用EDA 工具进行电子电路课程的模拟仿真实验。如实验教学、课程设计、毕业设计、设计竞赛等均可借助CPLD/ FPGA 器件, 使实验设备或设计出的电子系统具有高可靠性, 又经济、快速、容易实现、修改便利, 同时可大大提高学生的实践动手能力、创新能力和计算机应用能力。

在科研方面: 主要利用电路仿真工具进行电路设计与仿真; 利用虚拟仪器进行产品调试; 将CPLD/ FPGA 器件的开发应用到仪器设备中, CPLD/ FPGA 可直接应用于小批量产品的芯片或作为大批量产品的芯片前期开发。传统机电产品的升级换代和技术改造, CPLD/ FPGA 的应用可提高传统产品的性能, 缩小体积, 提高技术含量和产