EDA小论文
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论EDA技术及EDA的发展动向
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论EDA技术及EDA的发展动向
摘要:随着计算机技术和微电子技术的不断发展,在涉及国防、通信、工业自动化、航天、仪器仪表等领域工作中,EDA技术的含量以惊人的速度上升,从而使它成为当今电子技术发展的前沿之一。本文首先介绍了EDA 技术的基本概念, 然后从软件设计和硬件实现方面阐述了现代EDA技术的基本特征, 最后分析了EDA 技术的发展动向。
关键字:EDA,ASIC,FPGA,硬件描述语言
0、引言
随着计算机技术和微电子技术的不断发展,由于在电子系统设计领域中的明显优势,基于大规模可编程器件解决方案的EDA技术及其应用在近年中有了巨大的发展,将电子设计技术再次推向又一崭新的历史阶段。这些新的发展大致包括这样6个方面:①新器件;②新工具软件;③嵌入式系统设计;④DSP系统设计;⑤计算机处理器设计;⑥与ASIC市场的竞争技术。
1、EDA介绍
EDA是电子设计自动化(Electronic Design Automation)的缩写,在20世纪90年代初从计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)和计算机辅助工程(CAE)的概念发展而来的。
EDA技术是利用计算机工作平台,从事电子系统和电路设计的一项新技术。它是由电子CAD发展起来的,是计算机信息技术,微电子技术,计算机图形学,电路理论,信号分析与信号处理等理论和技术的结晶。EDA与传统设计相比,其优点可归纳为:(1)设计效率高,设计周期短。(2)提高了设计质量。(3)降低设计成本。(4)充分发挥设计人员的创造性。目前市场上有很多的EDA软件,包括Quartus II、EwB等。[1]
在实际电路设计中用得最多的是Electronics Workbench(EWB)系列EDA软件,包括电路仿真软件和印制板设计软件。尤其是多种可放置到设计电路中的虚拟仪表,应用该软件用户就如同拥有了一个元器件种类齐全、仪器先进的电子实验室,可以进行仿真实验与产品设计。从而使电路仿真分析操作更符合电子工程技术人员的试验工作习惯。
2、EDA技术的基本特征及概念
EDA代表了当今电子设计技术的最新发展方向,它的基本特征是:设计人员按照“自顶向下”的设计方法,对整个系统进行方案设计和功能划分,系统的关键电路用一片或几片专用集成电路(ASIC)实现,然后采用硬件描述语言(VHDL)完成系统行为级设计,最后通过综合器和适配器生成最终的目标器件,这样的设计方法被称为高层次的电子设计方法。下面介绍与EDA基本特征有关的几个概念。
2-1、“自顶向下”的设计方法几年前,电子设计的基本思路还是选用标准集成电路“自底向上”地构造出一个新的系统,这样的设计方法就如同一砖一瓦建造金字塔,不仅效率低、成本高而且容易出错。
2-2、ASIC设计现代电子产品的复杂度日益提高,一个电子系统可能由数万个中小规模集成电路构成,这就带来了体积大、功耗大、可靠性差的问题。解决这一问题的有效方法就
是采用ASIC芯片进行设计。ASIC按照设计方法的不同可分为全定制ASIC、半定制ASIC 和可编程ASIC(也称为可编程逻辑器件)。
全定制ASIC芯片的设计方法的优点是芯片可以获得最优的性能,即面积利用率高、速度快、功耗低,而缺点是开发周期长,费用高,只适合大批量产品开发。
半定制ASIC芯片的版图设计方法分为门阵列设计法和标准单元设计法,这两种方法都是约束性的设计方法,其主要目的就是简化设计,以牺牲芯片性能为代价来缩短开发时间。
可编程逻辑芯片与上述ASIC的不同之处在于:设计人员完成版图设计后,在实验室内就可以烧制出自己的芯片,无须IC厂家的参与,大大缩短了开发周期。
2-3、硬件描述语言硬件描述语言(VHDL)是一种用于设计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,与传统的门级描述方式相比,它更适合大规模系统的设计。
VHDL是一种全方位的硬件描述语言,包括系统行为级、寄存器传输级和逻辑门级多个设计层次,支持结构、数据流和行为三种描述形式的混合描述,整个自顶向下或自底向上的电路设计过程都可以用VHDL来完成。VHDL还具有以下优点:(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,而花较少的精力于物理实现。(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。[2]
2-4、EDA系统框架结构EDA系统框架结构(Framework)是一套配置和使用EDA软件包的规范。目前主要的EDA系统都建立了框架结构,如Cadence公司的DesignFramework,Mentor公司的FalconFramework,而且这些框架结构都遵守国际CFI组织制定的统一技术标准。框架结构能将来自不同EDA厂商的工具软件进行优化组合,集成在一个易于管理的统一的环境之下,而且还支持任务之间、设计师之间以及整个产品开发过程中的信息传输与共享,是并行工程和自顶向下设计方法的实现基础。[1]
3、EDA技术的发展动向
3-1、新器件
由于市场产品的需求和市场竞争的促进,成熟的EDA工具所能支持的,同时标志着最新EDA工具所能支持的,同时标志着最新EDA技术发展成果的新器件不断涌现,其特点主要表现为:
(1)大规模。
(2)低功耗
(3)模拟可编程。
(4)含多种专用端口和附加功能模块的FPGA。
3-2、新工具软件
为了适应更大规模FPGA的开发,包括片上系统的DSP的开发,除了第三方EDA公司不断更新的通用EDA工具外,主要PLD供应商也相继推出,并适时升级其EDA开发工具。3-3、在FPGA中植入嵌入式系统处理器
目前最为常用的嵌入式系统大多采用了含有ARM的32位知识产权处理器核的器件。但是,这种将IP硬核植入FPGA的解决方案存在5种不够完美之处。但是如果利用软核嵌入式系统处理器就能有效地解决那五种不利因素。它们分别是Altera的Nios核与Xilinx的Micro Blaze。在开发工具的完备性方面、对常用的嵌入式操作系统支持方面,Nios都优于