第1节 电子系统设计的发展趋势
电子工程的职业前景
电子工程的职业前景电子工程是一门涉及电子器件与电子系统设计、开发、运营和维护的学科，是现代科技发展中不可或缺的一环。
随着科技的不断进步，电子工程的职业前景也日益被看好。
本文将探讨电子工程的职业前景，并对其发展趋势进行分析。
一、电子工程行业概述电子工程是应用电子学原理和技术来开发电子器件和系统的工程学科。
它涵盖了广泛的领域，包括通信、电力、电子设备、半导体技术等。
电子工程师可以参与各个环节的设计、测试、制造和维护工作，从而为社会和行业的发展做出贡献。
二、电子工程师的职责和技能要求作为一名电子工程师，需要具备扎实的电子学基础知识和技能。
以下是一些电子工程师常见的职责和技能要求：1. 电路设计和分析：能够设计和分析电路，包括模拟电路和数字电路，以满足特定应用需求。
2. 器件选择和性能评估：熟悉各种电子器件，并能够选择合适的器件以满足设计要求，并对其性能进行评估。
3. 系统集成和测试：能够将各种电子器件和模块进行集成，并进行测试和验证。
4. 故障排除和维修：能够识别和解决电子设备和系统中的故障，并进行维修和维护。
5. 创新和解决问题的能力：具备创新思维和解决问题的能力，能够针对实际应用需求提出有效的解决方案。
6. 团队合作和沟通能力：能够与团队成员合作，有效沟通和协调工作。
三、电子工程的发展趋势1. 物联网：随着物联网的兴起，将有越来越多的设备和系统需要连接和交互。
电子工程师将在物联网相关领域中发挥重要作用，如物联网传感器设计、通信协议开发等。
2. 人工智能：人工智能技术的快速发展为电子工程师提供了更多的机会。
电子工程师可以参与开发人工智能芯片、智能控制系统等。
3. 5G技术：随着5G技术的商用化，将有更多的需求和机会涉及到通信领域。
电子工程师可以参与5G基站、通信协议等方面的设计和开发。
4. 新能源技术：对环境的保护和可持续发展的要求推动了新能源技术的发展。
电子工程师可以参与太阳能电池、风力发电等新能源设备的研发和应用。
第章sopc技术概述
Nios II /f (快速)
Nios II /s (标准) Nios II /e (经济)
针对最佳性能优化 平衡性能和尺寸 针对逻辑资源占用优化
6级 1 周期 动态 可设置 可设置
5级 3 周期 静态 可设置 无
无 软件仿真实现 无 无 无
256
256
256
1.3 Nios II软核简介
❖ 外设的可定制性
Altera公司NIOS和NIOS II Xilinx的MicroBlaze
1.3 Nios II软核简介
❖ Nios II是Altera公司2004年6月推出的第二代软核处理器。 ❖ 相对于Nios，Nios II 性能更高，占用FPGA的资源更少，
而与之配套的开发环境更先进，有更多的资源可供用户使用。 ❖ Nios II系列32位RISC嵌入式处理器具有超过200 DMIP的性
1.2 基本概念
❖ 软核
IP软核通常是用HDL文本形式提交给用户，它经过 RTL级设计优化和功能验证，但其中不含有任何具 体的物理信息。据此，用户可以综合出正确的门电 路级设计网表，并可以进行后续的结构设计，具有 很大的灵活性，借助于EDA综合工具可以很容易地 与其他外部逻辑电路合成一体，根据各种不同半导 体工艺，设计成具有不同性能的器件。软IP内核也 称为虚拟组件（VC-Virtual Component）。
1.3 Nios II软核简介
定时器/计数器 用户逻辑接口 外部SRAM接口
SDR SDRAM
PCI DDR2 SDRAM
SHA-1
外部三态桥接 EPCS串行闪存控制 器
JTAG UARTC S8900 10Base-T接口
片内ROM
直接存储器通道 (DMA)
第一章 EDA技术概述
4． VHDL-RTL级 建 模
8． 功 能 仿 真
12． 设 计 完 成
1.6
EDA技术的优势
EDA技术有很大不同： 1)采用硬件描述语言作为设计输入。 2)库(Library)的引入。 3)设计文档的管理。 4)强大的系统建模、电路仿真功能。 5)具有自主知识产权。 6)标准化、规范化及IP核的可利用性。 7)自顶向下设计方案。 8)自动设计、仿真和测试技术。 9)对设计者的硬件知识、经验要求低。 10)高速性能好（与以CPU为主的电路系统相比 ） 。 11)纯硬件系统的高可靠性。
超大规模集成电路的集成度和工艺水
9、系统级、行为验证级硬件描述语言
一、 EDA技术定义
（广义定义） 半导体工艺设计自动化 可编程器件设计自动化 电子系统设计自动化 印刷电路板设计自动化 仿真与测试、故障诊断自动化 形式验证自动化 通称为EDA工程
二、EDA技术定义
（狭义定义）
1、以大规模可编程逻辑器件为设计载体． 2、以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式． 3、以计算机、大规模可编程逻辑器件(PLD)的开发软件及实 验室开发系统为设计工具． 4、通过有关的开发软件，自动完成用软件的方式设计的电子 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． 5、最终形成电子系统或专用集成芯片的一门新的技术。
EDA技术实用教程
第1章
概
述
1.1 EDA技术及其发展
现代电子设计技术的核心是EDA(Electronic Design Automation)技术。
EDA技术使得设计者的工作利用硬件描述语言和EDA软
EDA 技术实用教程 第1章 概述
1.1 EDA技术及其发展 技术及其发展
EDA (Electronic Design Automation) 利用EDA技术进行电子系统的设计，具有以下几个特点： ① 用软件的方式设计硬件；② 用软件方式设计的系统到硬件 系统的转换是由有关的开发软件自动完成的；③ 设计过程中可 用有关软件进行各种仿真；④ 系统可现场编程，在线升级；⑤ 整个系统可集成在一个芯片上，体积小、功耗低、可靠性高。 因此，EDA技术是现代电子设计的发展趋势。
图1-1 EDA技术实现目标 技术实现目标
ASIC:
Application-Specific Integrated Circuits
ASIC的含义：指应特定用户要求或特定 的含义： 的含义 应用需要而设计制造的集成电路。 应用需要而设计制造的集成电路。 ASIC的概念早在上个世纪 年代就有人 的概念早在上个世纪60年代就有人 的概念早在上个世纪 提出，但其真正发展是在进入20世纪 世纪80 提出，但其真正发展是在进入 世纪 年代以后 以后。 年代以后
1.2 EDA技术实现目标 技术实现目标
半定制或全定制ASIC 2. 半定制或全定制ASIC 基于EDA技术的半定制或全定制ASIC，根据它们的实 现工艺，可统称为掩模ASIC 。可编程ASIC 与掩模ASIC相 ASIC ASIC ASIC 比，不同之处就在于它具有面向用户的灵活多样的可编程性。
1.1 EDA技术及其发展 技术及其发展
EDA技术发展的三个阶段 技术发展的三个阶段
20世纪 年代 世纪70年代 世纪
MOS工艺 CAD概念 工艺 概念
20世纪70年代，MOS工艺在集成电路制作方面得到广 泛应用，可编程逻辑技术及器件已经出现。计算机在科研领 域的广泛应用，促使了CAD技术的出现。 CAD即计算机辅 助设计(Computer Assist Design)。在这一阶段，人们开始利 用计算机取代手工劳动，辅助进行集成电路版图设计，PCB 布局布线等工作。
EDA概述
第一章EDA概述1.1EDA技术的涵义一、EDA技术的涵义EDA（Electronic Design Automation）即电子设计自动化是指利用计算机完成电子系统的设计。
二、 EDA技术的分类EDA技术分：广义的EDA技术和狭义的EDA技术广义的EDA技术是指以计算机和微电子技术为先导，汇集了计算机图形学、数据库管理、图论和拓扑逻辑、编译原理、微电子工艺与结构学和计算数学等多种计算机应用学科最新成果的先进技术。
狭义的EDA技术是指以大规模可编程逻辑器件为载体，以硬件描述语言HDL为系统逻辑的主要表达方式，借助功能强大的计算机，在EDA 工具软件平台上，对用HDL描述完成的设计文件，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、逻辑简化、逻辑分割、逻辑综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真，直至对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ASIC（Application Specific Integrated Circuits）的一门新技术。
本书中提到的EDA技术指的是狭义的EDA技术。
1.2EDA技术的发展历史EDA技术的发展，大致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EDA1.3 EDA技术的基本特征EDA技术的基本特征主要包括：1.EDA技术采用自顶向下的设计方法2.EDA技术的设计语言是硬件描述语言3.EDA技术具有逻辑综合和优化的功能4.EDA技术采用开放性和标准化的软件框架1.4 EDA的主要内容EDA技术主要这几方面的内容： 1．可编程逻辑器件2．硬件描述语言3．软件开发工具1.可编程逻辑器件可编程逻辑器件是一种由用户编程以实现某种逻辑功能的新型件。
可编程逻辑器件也称为可编程ASIC，它是EDA技术的物质基础。
2.硬件描述语言HDL语言是EDA技术的重要组成部分，它是一种用于描述硬件电子系统的计算机语言，它用软件编程的方式来描述电子系统的逻辑功能、电路结构和连接形式。
电子产品设计概述
供应链管理
如何优化供应链管理， 降低采购成本。
时间压力
缩短产品开发周期
如何优化产品开发流程，缩短产品上市时间。
快速响应市场需求
如何在短时间内对市场需求做出快速响应， 满足客户的需求。
提高设计效率
如何提高设计效率，加快设计进度。
设计变更
设计灵活性
01
如何提高设计的灵活性，以便应对未来可能的设计变更。
界面设计
为产品提供直观、易用的界面，使用户能够轻松操作产品。
品牌形象统一
确保产品外观与品牌形象相符合，提升品牌形象。
用户体验设计
人机交互设计
优化人机交互方式，提高产品的易用性和舒 适度。
操作流程设计
简化操作流程，降低用户的学习成本和使用 难度。
个性化需求满足
根据用户需求和习惯，提供个性化的产品设 计和功能定制。
设计可扩展性
02
如何设计一个可扩展的产品架构，以便在未来添加新功能或升
级。
设计标准化
03
如何制定标准化的设计规范，以减少设计变更的频率。
法规与标准
符合法规要求
如何确保产品设计符合相关法规和标准要求。
安全性能保障
如何提高产品的安全性能，确保用户的安全。
环保要求
如何将环保理念融入产品设计中，降低对环境的影响。
维修与保养设计
为产品提供易于维修和保养的设计，降低维护成本。
电路设计1 2ຫໍສະໝຸດ 电路原理图设计根据产品功能需求，设计电路原理图。
元器件选型与布局
选择合适的元器件，并合理安排其在电路板上的 位置。
3
电路仿真与调试
通过仿真和调试确保电路功能的正确性和可靠性。
电气工程的发展现状与发展趋势
逆变器的浮现推动了交流机电速度和转矩控制的发展，这使得机电在仅仅30年就应用到了不可思议的领域。功率半导体元件和数字控制技术的进步使得机电驱动能够实现高精度的位置和速度控制。交流驱动技术的应用也带来了能源节约和系统效率的提高。
机电本体及其控制技术在近几年取得相当大的进步。这要归功于半导体技术的空前发展带来的电力电子学领域的显著进步。机电驱动产业发展的利处已经触及各种各样的设备，从大型工业设备像钢铁创造厂、造纸厂的轧钢机等，到机床和半导体创造机中使用的机电一体化设备。交流机电控制器包括异步机电控制器和永磁机电控制器，这两者在机电驱动业的全过程中起着关键性作用。：
电子电力技术包括电力电子器件、变流电路和控制电路3部份，是以电力为处理对象并集电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的综合性学科。电力技术涉及发电、输电、配电及电力应用，电子技术涉及电子器件和由各种电子电路所组成的电子设备和系统，控制技术是指利用外加的设备或者装置使机器设备或者生产过程的某个工作状态或者参数按照预定的规律运行。电力电子器件是电力电子技术的基础，电力电子器件对电能进行控制和转换就是电子电力技术的利用。在21世纪已经成为一种高新技术，影响着人们生活的各种领域，因此对对电子电力技术的研究具有时代意义。
电气工程的发展现状与发展趋势
电气工程的发展现状与发展趋势
电气工程的发展现状与发展趋势
一.电气工程的发展现状：
概论：我国电力工业正以“大机组，大电网，高电压，高参数，高度自动化”等“三大三高”的现代电力系统的模式超长规模的建设与发展，因此对工程技术设计人员的素质和能力提出了更新和更高的要求。未来的几十年，我国电力系统和电气工程会依然保持较快发展趋势，光伏发电和其他可再生资源将得到快速发展，新的电力电子技术，电工材料，计算机及网络技术，控制与管理手段具有巨大影响潜力。
Verilog HDL数字设计教程(贺敬凯)第1章
路网表。
第1章 Verilog HDL数字设计综述
波形图输入方法则是将待设计的电路看成是一个黑盒子，
只需告诉EDA工具该黑盒子电路的输入和输出时序波形图，
EDA工具就可以完成黑盒子电路的设计。 原理图输入方法是一种类似于传统电子设计方法的原理 图编辑输入方式，即在EDA软件的图形编辑界面上绘制能完 成特定功能的电路原理图。原理图由逻辑器件(符号)和连接
理图和信号的连接表，如果是一个大的系统，将是一大摞图
纸，以后系统若出现问题，查找、修改起来都很麻烦。
第1章 Verilog HDL数字设计综述
上述过程是从底层开始，或在已有的功能模块的基础上 来搭建高层次的模块直至整个系统的。因此这种传统的电子 系统的设计过程是一种自底向上(Bottom-Up)的设计，设计 过程必须从存在的基本单元模块出发，基本单元模块必须是 已经设计成熟的标准单元模块或其他项目已开发好的单元模 块。
第1章 Verilog HDL数字设计综述
本书所有设计最终的实现目标主要定位于FPGA，因此下
面重点介绍FPGA的开发流程。FPGA的EDA开发流程如图1-3
所示。
第1章 Verilog HDL数字设计综述
图1-3 FPGA的EDA开发流程
第1章 Verilog HDL数字设计综述
从图1-3可以看出，FPGA的开发流程与图1-2所示的用 EDA工具设计数字系统的流程基本相同，都需要设计输入、 功能仿真、逻辑综合、布局布线(适配)、时序仿真、物理实 现等几个步骤。下面将分别介绍主要设计模块的功能特点。
第1章 Verilog HDL数字设计综述
1. 设计输入 在EDA软件平台上开发FPGA/CPLD时，首先要将电路系 统以一定的表达方式输入计算机。通常，EDA工具的设计输 入可分为以下两种类型：
国内外电子信息工程研究的领域与趋势
国内外电子信息工程研究的领域与趋势电子信息工程作为一门综合性、应用性很强的学科，涵盖了电子技术、通信技术、计算机科学和信息科学等多个领域。
在国内外，电子信息工程研究的领域和趋势日益丰富和多样化，下面将为您介绍一些当前热门的研究领域和未来发展趋势。
1. 无线通信与网络技术领域：无线通信和网络技术是当前电子信息工程研究中的重要方向之一。
随着移动互联网的快速发展和5G技术的逐渐商用化，人们对无线通信和网络技术的需求不断增长。
研究重点包括新型无线通信系统、物联网技术、无线传感器网络、卫星通信网络等。
未来的趋势是构建更快速、更可靠、更安全的无线通信网络，实现人与物、物与物之间高效、智能的互联互通。
2. 数据科学与人工智能领域：近年来，数据科学和人工智能领域取得了巨大的进展，引发了广泛的关注和研究。
数据科学与人工智能的研究旨在通过数据分析、机器学习和深度学习等技术来解决现实世界中的复杂问题。
在电子信息工程领域，该领域的研究重点包括大数据处理、数据挖掘、机器学习算法、智能传感器等。
未来趋势是将数据科学和人工智能技术应用于更加广泛的领域，如智慧城市、智慧医疗和智能制造等。
3. 光电子技术与光通信领域：光电子技术和光通信是电子信息工程中的重要研究领域之一。
光电子技术利用光的性质来传输、控制和处理信息，具有高速、大容量和低损耗的特点。
光通信技术则是利用光信号进行信息传输的技术，具有广阔的市场前景和应用潜力。
目前的研究重点包括光纤通信、光器件设计、光电子集成等。
未来的趋势是研究更高速的光通信技术，并将其应用于数据中心、无线通信和卫星通信等领域。
4. 嵌入式系统与芯片设计领域：嵌入式系统和芯片设计是电子信息工程中非常重要的领域，也是现代科技和工业等领域的基础。
嵌入式系统是指集成了计算机技术的特定功能设备，如智能手机、智能家居等。
芯片设计则是指设计和制造集成电路芯片的技术，包括集成电路的设计、测试和封装等。
当前的研究重点包括低功耗芯片设计、物联网芯片、可穿戴设备等。
关于电气自动化控制系统设计思想发展趋势
关于电气自动化控制系统的设计思想及发展趋势的探讨摘要:本文介绍了电气自动化的现状,讨论了目前电气自动化控制系统的设计思想,展望了将来电气自动化控制系统的发展趋势。
关键词:电气自动化现状设计思想发展趋势一、工业电气自动化的发展现状1. windows正成为事实上的工控标准平台。
微软的技术如windows nt、windows ce和internet explore已经正在成为工业控制的标准平台、语言和规范。
pc和网络技术已经在商业和企业管理中得到普及。
在电气自动化领域,基于pc的人机界面已经成为主流,基于pc的控制系统以其灵活性和易于集成的特点正在被更多的用户所采纳。
在控制层采用windows作为操作系统平台的好处就是其易于使用和维护以及与办公平台简单的集成。
2. 现场总线和分布式控制系统的应用。
现场总线是一种串行的连接智能设备和自动化系统的数字式、双向传输的分支结构的通讯总线。
它通过一根串行电缆将位于中央控制室内的工业计算机、监视/控制软件和plc的cpu与位于现场的远程i/o站、变频器、智能仪表、马达启动器、低压断路器等连接起来,并将这些现场设备的大量信息采集到中央控制器上来。
分布式控制意味着plc、i/o 模块和现场设备通过总线连接起来,将输入/输出模块转换成现场检测器和执行器。
3. it技术与电气工业自动化。
pc、客户机/服务器体系结构、以太网和internet技术引发了电气自动化的一次又一次革命。
正是市场的需求驱动着自动化和it平台的融合,电子商务的普及将加速着这一过程。
信息技术对工业世界的渗透来自于两个独立的方向:一是从管理层纵向的渗透。
企业的业务数据处理系统要对当前生产过程的数据进行实时的存取;另一方面,信息技术横向扩展到自动化的设备、机器和系统中信息技术已渗透到产品所。
有的层面,不仅包括传感器和执行器,而且包括控制器和仪表。
internet/intranet技术和多媒体技术在自动化领域有着广泛的应用前景。
电子系统设计导论
通过增加备份组件和系 统，提高系统的稳定性 和可靠性。
容错技术
采用容错算法和检测技 术，及时发现和纠正系 统中的错误。
热设计
合理设计散热系统，确 保系统在正常温度范围 内工作。
系统功耗问题
低功耗设计
选用低功耗元件和芯片，优化电路设计，降低系统功 耗。
电源管理
采用适当的电源管理策略，如动态电压调整和休眠模 式，减少不必要的功耗。
案例一：数字音频处理器的设计
设计目标
设计一款高效、低失真的数字音频处理器，用于音频信号 的压缩、均衡和动态处理。
关键技术
数字信号处理算法、音频编解码技术、可编程逻辑门阵列 （FPGA）实现。
系统架构
采用FPGA作为核心处理单元，通过数字信号处理器（DSP） 算法实现音频信号的处理，并采用高速串行接口与外部存储 器和通信接口进行数据传输。
PCB布局与布线
根据原理图，合理安排元器件在PCB板上的位置，并进行电路布 线。
元器件选择与采购
元器件选型
根据电路设计和性能要求，选择合适 的元器件型号和规格。
采购与库存管理
根据元器件清单进行采购，确保元器 件的质量和交货期；建立库存管理制 度，确保元器件的及时供应和有效利 用。
电路板设计与制作
1
嵌入式系统设计技术是电子系统设计中不可或缺 的一部分，它涉及嵌入式系统的设计和实现。
2
嵌入式系统设计技术主要通过微控制器、可编程 逻辑器件等硬件实现，能够实现控制、监测、数 据处理等功能。
3
嵌入式系统设计技术的应用范围广泛，包括智能 家居、工业控制、医疗电子等领域。
集成电路设计技术
集成电路设计技术是电子系统设计中不可或缺的一部分，它涉及集成电路 的设计和实现。
EDA技术及发展趋势
EDA 技术及发展趋势EDA 技术的概念及范范畴：EDA 技术是在电子 CAD 技术基础上发展起来的计算机软件系统，是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。
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 版图或者 PCB 版图的整个过程在计算机上自动处理完成。
现在对 EDA 的概念或者范畴用得很宽。
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 的应用。
目前 EDA 技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。
例如在飞机创造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行摹拟，都可能涉及到 EDA 技术。
本文所指的 EDA 技术，主要针对电子电路设计、 PCB 设计和 IC 设计。
EDA 设计可分为系统级、电路级和物理实现级。
EDA 常用软件： EDA 工具层出不穷，目前进入我国并具有广泛影响的 EDA 软件有： EWB、PSPICE、OrCAD、PCAD、Protel、Viewlogic、Mentor、Graphics、Synopsys、LSIlogic、Cadence、MicroSim 等等。
这些工具都有较强的功能，一般可用于几个方面，例如不少软件都可以进行电路设计与仿真，同时以可以进行PCB 自动布局布线，可输出多种网表文件与第三方软件接口。
下面按主要功能或者主要应用场合，分为电路设计与仿真工具、 PCB 设计软件、 IC 设计软件、 PLD 设计工具及其它 EDA 软件，进行简单介绍。
1、电子电路设计与仿真工具电子电路设计与仿真工具包括 SPICE/PSPICE；EWB；Matlab；SystemView；MMICAD 等。
下面简单介绍前三个软件。
(1) SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)是由美国加州大学推出的电路分析仿真软件，是 20 世纪 80 年代世界上应用最广的电路设计软件， 1998 年被定为美国国家标准。
集成电路设计的发展趋势
集成电路设计的发展趋势集成电路是指将数百、数千、甚至数百万个元器件、电子器件和材料集成在一个芯片上的技术。
随着信息技术的不断发展，集成电路作为电子技术的核心之一，也不断的得到了改善和更新。
那么，未来集成电路设计的发展趋势会怎样呢？一、芯片尺寸缩小化目前，芯片尺寸和晶圆直径已经缩小到了下限，20纳米制程已经进入了稳定的商业生产阶段。
未来，为了增加芯片的转换速率和功率密度，继续缩小芯片尺寸是必然的趋势。
芯片制程将在继续缩小的前提下，探索新型的设计方案和制程工艺，以保证芯片性能的正常运行和优化。
二、超高速的芯片和系统设计随着数据存储和处理任务不断增加，高速芯片和系统已经成为了大势所趋。
未来，更高的带宽和延迟极低的系统将成为主流需求。
在这方面，人工智能、虚拟和增强现实、机器视觉等领域的应用将需要更高的速度和更高的性能。
三、芯片不断增加的复杂度和整合性集成电路不断增加的复杂度和整合性也随着未来的发展趋势而不断提高。
高性能的电子系统和低功耗的电子系统需要高效、高精度的处理器来支持。
未来，芯片的三维堆叠、异构性和集成度也将不断得到完善和提高。
四、设计自动化的增强和大数据的利用随着数据技术的进步，越来越多的设计变得更加复杂，人们也更加注重利用大数据和深度学习等技术来实现设计自动化和优化。
设计软件也将不断升级，从而使设计人员能够更好地利用建模、仿真和优化数据的全新途径。
五、可靠性、可追溯性和安全性的提高芯片的可靠性、可追溯性和安全性在未来的发展中，将会变得越来越重要。
特别是在一些关键行业领域，如金融、医疗和军事等方面，芯片应用的安全性和可追溯性已经成为了技术的基本要求。
未来集成电路设计的趋势，也将重点考虑如何提高芯片的可靠性、可追溯性和安全性。
综上所述，随着信息技术的不断发展，集成电路设计的发展也迎来了新的机遇和挑战。
未来的芯片设计除了继续缩小芯片尺寸外，更将关注高速芯片和系统、复杂度和整合性、设计自动化和大数据的利用、可追溯性和安全性提高等方面。
现代电子系统设计EDA教案
现代电子系统设计EDA教案第一章：概述1.1 教学目标让学生了解现代电子系统设计的基本概念。
使学生掌握EDA（电子设计自动化）的基本原理和流程。
培养学生对现代电子系统设计EDA实验的兴趣和积极性。
1.2 教学内容现代电子系统设计的定义和意义。
EDA的概念、发展和分类。
EDA工具的基本构成和功能。
EDA流程的基本步骤。
1.3 教学方法采用讲授、讨论和实验相结合的方式进行教学。
通过案例分析和实际操作，使学生更好地理解和掌握EDA的基本原理和流程。
1.4 教学评估通过课堂讨论和实验报告，评估学生对现代电子系统设计EDA的基本概念和流程的理解程度。
第二章：EDA工具介绍2.1 教学目标使学生熟悉主流的EDA工具，如Cadence、Altera、Xilinx等。
让学生了解这些工具的基本功能和操作界面。
培养学生使用EDA工具进行现代电子系统设计的初步能力。
主流EDA工具的介绍和比较。
Cadence、Altera和Xilinx等工具的基本功能和操作界面。
常用EDA工具的基本操作方法和技巧。
2.3 教学方法通过演示和实验，使学生熟悉各种EDA工具的基本功能和操作界面。
引导学生进行实际操作，掌握常用EDA工具的基本操作方法和技巧。
2.4 教学评估通过实验报告和实践操作，评估学生对主流EDA工具的基本功能和操作方法的掌握程度。
第三章：数字电路设计3.1 教学目标使学生掌握数字电路设计的基本原理和方法。
让学生熟悉常用的数字电路设计工具和流程。
培养学生使用EDA工具进行数字电路设计的初步能力。
3.2 教学内容数字电路设计的基本原理和方法。
常用的数字电路设计工具和流程。
使用Cadence、Altera和Xilinx等工具进行数字电路设计的方法和技巧。
3.3 教学方法通过讲授和实验，使学生掌握数字电路设计的基本原理和方法。
引导学生使用EDA工具进行数字电路设计，掌握相关的操作方法和技巧。
通过实验报告和实践操作，评估学生对数字电路设计的基本原理和方法的掌握程度。
电子控制系统的发展过程及发展方向
电子控制系统的发展过程及发展方向摘要：随着我国经济的不断发展，技术成果也在不断的更新，工业化进程的加快，带来了生产效率、生产质量的提升。
电子控制系统在工业发展中有着至关重要的作用。
电子控制系统既要不断探求技术革新的方向，同时也要在明确系统主要特征的基础上，对其实际应用进行归纳。
在未来的发展中，既拓宽技术的应用渠道，也创新技术的应用方法。
本文主要探究了电子控制系统的发展方向。
关键词：电子控制；系统发展；发展方向；引言：随着社会的不断发展，电子控制系统也在不断的更新，而该种系统在各行各业中的灵活运用为生产效率、生产质量的提升带来了积极的作用。
电子控制系统发展在国家以及工业企业中有着至关重要的作用，在设备更新、日常生产中都有着关键的作用，而借助自动化的技术对于传统工作模式的变革，减轻了人员的工作负担，降低了失误的产生概率，保障了生产质量。
电子控制系统有着应用的必要性，该项技术在当前的生产生活中也有着广泛的应用，为了更好的明确电子控制系统的发展方向，要在对当前应用进行归纳整合的基础上，明确技术薄弱之处，探究技术发展路径。
一、电子控制系统的实际应用电子控制系统在各行各业中的应用，既能提高精准度、操作速度，也有着良好的抗干扰能力，可以有效的监测系统运行状况，反馈安全问题，保障系统运行的安全与准确。
在当前的行业发展背景下，电子控制系统与各行各业都有融合应用，在智能电网、仿真技术、智能技术层面有着良好的应用效果，也在远程监控、物联网等角度有着广泛的应用空间。
第一，电子控制系统技术可以应用于智能电网，通过对于变电站控制系统进行自动化的操作，保障了电网的顺利平稳运转。
借助计算机对于自动化技术进行准确的控制，对于数据信息进行有效的处理，极大的保障了电网的可靠与安全。
第二，电子控制系统可以应用于仿真技术。
自动化水平日益提高，技术也在持续的发展，针对于数据处理中存在的大量数据，其本身有着泄露的风险，而电子系统控制可以在多种操作同时进行的基础上，以控制的统一减少工作的复杂，通过该项技术与电子系统、动态监控、仿真建模等技术之间的融合，保障了良好的控制水平，也促进了其他行业的技术革新。
EDA
EDA的发展史及发展趋势EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，在20世纪60年代中期从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CA T）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。
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VHDL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操作性，减轻了设计者的劳动强度。
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版图的整个过程的计算机上自动处理完成。
现在对EDA的概念或范畴用得很宽。
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的应用。
目前EDA技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。
例如在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉及到EDA技术。
EDA技术的概念EDA技术是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。
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版图的整个过程的计算机上自动处理完成。
回顾近30年电子设计技术的发展历程，可将EDA技术分为三个阶段。
七十年代为CAD阶段，人们开始用计算机辅助进行IC版图编辑、PCB布局布线，取代了手工操作，产生了计算机辅助设计的概念。
八十年代为CAE阶段，与CAD相比，除了纯粹的图形绘制功能外，又增加了电路功能设计和结构设计，并且通过电气连接网络表将两者结合在一起，实现了工程设计，这就是计算机辅助工程的概念。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
(1）电子系统设计的发展主要受以下两个技术的推动：ﻫ微电子技术——使得硅片单位面积上集成的晶体管数目越来越多。
计算机技术——软硬件技术的发展推动EＤＡ技术的发展。
ﻫ(２) 集成电路设计都是从器件的物理版图设计入手EDＡ技术发展的推动 ﻫ（３) 出现集成电路单元库，集成电路设计进入逻辑级，极大地推动IＣ产业的发展。
ﻫ电子系统是IＣ之间通过PCＢ板等技术进行互联来构成的。
PCB板上IC芯片之间连线的延时、ＰＣB板的可靠性、ＰCB板的尺寸等因素，会对系统的整体性能造成很大的限制。
由ＩC互联构成的嵌入式系统设计（4) ＩC互联构成的系统 (设计和工艺EDA技术）SOＣ——片上系统ＳOC是指将一个完整产品的功能集成在一个芯片上或芯片组上。
SOC从系统的整体角度出发,以ＩＰ (Iｎｔeｌlectｕal prｏpertｙ)核为基础，以硬件描述语言作为系统功能和结构的描述手段，借助于以计算机为平台的EDA工具进行开发。
由于SOC设计能够综合、全盘考虑整个系统的情况，因而可以实现更高的系统性能。
ＳＯＣ的出现是电子系统设计领域内的一场革命，其影响将是深远和广泛的。
由SOC构成嵌入式系统设计:ＩＣ:集成电路。
ﻫAＳIＣ：专用集成电路。
通用集成电路:ＦPGＡ、CＰLD等。
ＳOC:属于专用集成电路。
（1)ＳOＣ：它是指将一个完整产品的各功能集成在一个芯片中，可以包括有CPＵ、存储器、硬件加速单元(AV处理器、DSP、浮点协处理器等)、通用Ｉ/Ｏ(ＧPIO）、UＡＲT接口和模数混合电路（放大器、比较器、A/Ｄ、D/A、射频电路、锁相环等)，甚至延伸到传感器、微机电和微光电单元。
（如果把ＣPU看成是大脑,则ＳＯＣ就是包括大脑、心脏、眼睛和手的系统。
）SOC系统的构建一个重要特性：使用可重用的ＩP来构建系统。
可以缩短产品的开发周期,降低开发的复杂度。
可重复利用的IP包括元件库、宏及特殊的专用ＩP等，如通信接口IP、输入输出接口ＩP;各家开发商开发的微处理器IP,如ARM公司的RISC架构的ＡRＭ核。
ＳOC嵌入式系统就是微处理器的IP再加上一些外围IP整合而成的。
SOC以嵌入式系统为核心，集软、硬件于一体，并追求最高的集成度，是电子系统设计追求的必然趋势和最终目标,是现代电子系统设计的最佳方案。
SＯＣ是一种系统集成芯片,其系统功能可以完全由硬件完成,也可以由硬件和软件协同完成。
目前的SＯC主要指后者。
SOC存在的问题：SoC初衷很好，但现实中却缺乏好的解决方案。
由于是基于AＳIC实现SｏＣ系统，设计周期长、费用高昂、成功率不高而且产品不能修改显得系统的灵活性差，往往使得学术科研机构、中小企业难以承受。
但是SｏC以系统为中心、基于IP核的多层次、高度复用,可实现软硬件的无缝结合,综合性高。
ﻫ(２）片上可编程系统(ＳoPC—Systemｏｎａ Programmabｌe Chiｐ) ﻫSｏＰＣ是一种灵活、高效的SoC解决方案。
它将处理器、存储器、I/O口、ＬVDS等系统需要的功能模块集成到一个PLD器件上，构成一个可编程的片上系统。
它是ＰＬD与SOC技术融合的结果。
由于它是可编程系统,具有灵活的设计方式,可裁减、可扩充、可升级,并具备软硬件可编程的功能。
这种基于PLD可重构SoC的设计技术不仅保持了ＳoC以系统为中心、基于IP模块多层次、高度复用的特点,而且具有设计周期短、风险投资小和设计成本低的优势。
相对AＳIＣ定制技术来说 ,FPG Ａ是一种通用器件，通过设计软件的综合、分析、裁减，可灵活地重构所需要的嵌入式系统。
（3)IP (Iｎtｅllectｕal Ｐrｏpeｒty)是知识产权的简称，SＯＣ和ＳOPC在设计上都是以集成电路IP核为基础的。
集成电路IＰ是经过预先设计、预先验证、符合产业界普遍认同的设计规范和设计标准,并具有相对独立并可以重复利用的电路模块或子系统，如CPU、运算器等。
集成电路ＩP模块具有知识含量高、占用芯片面积小、运行速度快、功耗低、工艺容差性大等特点，还具有可重用性，可以重复应用于SOＣ、SＯＰＣ或复杂的ASIＣ的设计当中。
ﻫ软核IP软核通常是用HＤL文本形式提交给用户,它经过RＴL级设计优化和功能验证，但其中不含有任何具体的物理信息。
据此，用户可以综合出正确的门电路级设计网表，并可以进行后续的结构设计,具有很大的灵活性，借助于EＤA综合工具可以很容易地与其他外部逻辑电路合成一体,根据各种不同半导体工艺，设计成具有不同性能的器件。
软IP内核也称为虚拟组件（ＶC-Vｉrtual Componｅｎｔ）。
硬核IP硬核是基于半导体工艺的物理设计,已有固定的拓扑布局和具体工艺,并已经过工艺验证,具有可保证的性能。
其提供给用户的形式是电路物理结构掩模版图和全套工艺文件,是可以拿来就用的全套技术。
固核ﻫ IP固核的设计程度则是介于软核和硬核之间，除了完成软核所有的设计外,还完成了门级电路综合和时序仿真等设计环节。
一般以门级电路网表的形式提供给用户。
在SOPＣ的设计中，嵌入式的微处理器的IＰ分软核和硬核两种。
基于FPGA嵌入IP硬核的ＳOPC系统，是在ＦPGＡ中以硬核的方式预先植入嵌入式系统处理器，可以是ARM或其他的微处理器知识产权核，然后利用ＦPGA中的可编程逻辑资源和IP核来实现其他的外围器件和接口。
这样使得FＰＧA的灵活的硬件设计和实现与处理器的强大运算功能很好地结合。
1.此类硬核多来自第三方公司, (4)基于嵌入IP硬核的ＳOPC系统有以下的缺点：ﻫＦPGＡ厂商需要支付知识产权费用，从而导致FPＧA器件价格相对偏高。
2．由于硬核是预先植入的,设计者无法根据实际需要改变处理器的结构,如总线宽度、接口方式等，更不能将FPGA逻辑资源构成的硬件模块以指令的形式形成内置嵌入式系统的硬件加速模块。
ﻫ３．无法根据实际需要在同一FPGＡ中使用多个处理器核。
ﻫ４．无法裁剪处理器的硬件资源以降低ＦPGA成本。
５．只能在特定的FPGＡ中使用硬核。
（5)基于ＦPGA嵌入IP软核的SＯPＣ系统可以解决基于硬核的SＯPＣ的缺点。
目前最具代表性的软核嵌入式系统处理器：ﻫＡlｔerａ公司NＩＯS和ＮＩＯS IIXｉlinｘ的MｉcroＢlａzｅNios II是Aｌtｅｒａ公司20０4年６月退出的第二代软核处理器。
相对于Niｏs,Niｏs IＩ性能更高，占用FPGA的资源更少，而与之配套的开发环境更先进,有更多的资源可供用户使用。
ﻫ Niｏs IＩ系列32位ＲISC嵌入式处理器具有超过2０0 ＤMＩP的性能,在ＦＰGA中实现成本只有35美分。
由于处理器是软核形式,具有很大的灵性, 用户您可以在多种系统设置组合中进行选择,达到性能、特性和成本目标。
采用Ｎios II处理器进行设计,可以帮助用户将产品迅速推向市场,延长产品生命周期，防止出现处理器逐渐过时。
一．可定制性ﻫ采用Nios II处理器,开发者将不会局限于预先制造的处理器技术，而是根据自己的标准定制处理器;按照需要选择合适的外设、存储器和接口。
用户可以轻松集成自己专有的功能，使设计具有独特的竞争优势。
Nｉos II的可定制性ﻫＮｉoｓ II具有完全可定制和重新配置特性，所实现的产品可满足现在和今后的需求。
Nios ＩI处理器系列包括三种内核——快速（NｉoｓIＩ/ｆ）、标准(Nｉｏs ＩI/s）和经济型(Nios II／e),每一型号都针对价格和性能范围进行了优化。
所有这些内核共享32位指令集体系,与二进制代码１０0％兼容。
1． Nios II开发包含有一套通用外设和接口库。
ﻫ 2.外设的可定制性ﻫ利用SOPC Bｕilder软件中的用户逻辑接口向导,用户可以生成自己的定制外设,并将其集成在NioｓＩI处理器系统中。
使用SOPC Buildeｒ,用户可以在Altera FPＧA中，组合实现现有处理器无法达到的嵌入式处理器配置。
二、系统性能可配置性ﻫ用户所需要的处理器,应该能够满足当前和今后的设计性能需求。
Ｎiｏs II设计人员必须能够更改其设计，如加入多个Niｏｓ II CPU、定制指令集、硬件加速器,以达到新的性能目标。
采用NioｓＩI处理器,您可以通过Ａｖａｌon交换架构来调整系统性能,该架构是Aｌtｅra的专有互联技术，支持多种并行数据通道,实现大吞吐量应用。
用户可以在FPGA内部实现多个处理器内核，通过将多个Nios ＩＩ/f内核集成到单个器件内，可以获得更高的性能。
Nios II 的ＩDE开发支持这种多处理器在单一FPGA上的开发,或多个ＦＰGA共享一个ＪＴＡG链。
ﻫ Avalon交换架构Avalon交换架构能够进行多路数据同时处理,实现无与伦比的系统吞吐量。
SＯPC Buｉldeｒ自动生成的Avalｏn交换架构针对系统处理器和外设的专用互联需求进行优化。
传统总线结构中，单个总线仲裁器控制总线主机和从机之间的通信。
每个总线主机发起总线控制请求,由总线仲裁器对某个主机授权接入总线。
如果多个主机试图同时接入总线，总线仲裁器会根据一套固定的总裁规则，分配总线资源给某个主机。
由于每次只有一个主机能够接入总线、使用总线资源,因此会导致带宽瓶颈。
Ａvａloｎ交换架构的同时多主机体系结构提高了系统带宽，消除了带宽瓶颈。
采用Avalon交换架构，每个总线主机均有自己的专用互联,总线主机只需抢占共享从机,而不是总线本身。
每当系统加入模块或者外设接入优先权改变时，SOPC Builder利用最少的FPＧA资源,产生新的最佳Ａvａｌon交换架构。
Avaloｎ交换架构支持多种系统体系结构,如单主机／多主机系统，可实现数据在外设与性能最佳数据通道之间的无缝传输。
Avalon交换架构同样支持用户所设计的片外处理器和外设。
ﻫ定制指令Nios II处理器定制指令扩展了CPＵ指令集，提高对时间要求严格的软件运行速度，从而使开发人员能够提高系统性能。
采用定制指令,您可以实现传统处理器无法达到的最佳系统性能。
Niｏｓ II系列处理器支持多达256条的定制指令，加速通常由软件实现的逻辑和复杂数学算法。
例如,在64K字节缓冲中,执行循环冗余编码计算的逻辑模块,其定制指令速度比软件快27倍。
Ｎios IＩ处理器支持固定和可变周期操作，其向导功能将用户逻辑做为定制指令输入系统，自动生成便于在开发人员代码中使用的软件宏功能。
定制指令专用硬件加速器，可以做为FPGＡ中的定制协处理器，协助ＣＰU同时处理多个数据块。
循环冗余编码实例,采用硬件加速器处理64Ｋ字节缓冲比软件速度快530倍。
ＳOPC Bｕｉlｄeｒ含有一个输入向导,帮助开发人员将其加速逻辑和DMA通道引入系统。
硬件加速三、延长产品生存周期ﻫ为实现一个成功的产品,需要将其尽快推向市场，增强其功能特性以延长使用时间,避免出现处理器逐渐过时。