基于EDA技術如何實現(xiàn)數(shù)字電子系統(tǒng)的設計？

隨著電子技術的飛速發(fā)展，數(shù)字系統(tǒng)的設計正朝著高速度、大容量、小體積方向前進，傳統(tǒng)的自底向上的設計方法已經(jīng)難以適應電子系統(tǒng)的設計要求，因此，電子設計自動化(EDA)技術應運而生。EDA是以計算機為工作平臺，以EDA軟件為開發(fā)環(huán)境，以硬件描述語言(VHDL/Verilog HDL)為設計語言，以可編程邏輯器件(CPLD)為實驗載體，以ASIC/SOC芯片為設計的目標器件，自動完成用軟件的方式設計電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的一門新技術。它是融合了電子技術、計算機技術、信息處理技術、智能化技術等最新成果而開發(fā)的高新技術，是一種高級、快速、有效的電子設計自動化工具。

數(shù)字電子系統(tǒng)的設計流程：

分析設計要求，明確性能指標：分清要設計的題目屬于何種類型，輸入信號如何獲得，輸出執(zhí)行裝置是什么，工作的電壓、電流參數(shù)是多少，主要性能指標如何等等。

確定總體方案：根據(jù)設計要求，確定設計的總體方案。

設計各子系統(tǒng)(或單元電路)：將總體方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，然后逐個進行設計。在設計時，應盡可能選用合適的現(xiàn)成電路，優(yōu)先選用中、大規(guī)模電路，這樣做不僅能簡化設計，而且有利于提高系統(tǒng)的可靠性。若選用小規(guī)模電路，則應分清設計的電路是屬于組合電路還是時序電路，然后按不同方法分別做具體設計。

設計控制電路：控制電路是整個系統(tǒng)的核心，在性能指標明確的前提下，控制電路的設計應首先畫出時序圖，根據(jù)控制電路的任務和時序關系反復構思電路，選用合適的器件，使之達到功能要求。

組成系統(tǒng)：將各個子系統(tǒng)或單元電路進行組合，形成一個完整的數(shù)字電子系統(tǒng)。

安裝調(diào)試：將設計好的數(shù)字電子系統(tǒng)進行安裝調(diào)試，反復修改，直至完善。

總結設計報告：對整個設計過程進行總結，寫出設計報告。

基于EDA技術的數(shù)字電子系統(tǒng)設計流程如下：

系統(tǒng)功能描述：確定數(shù)字電子系統(tǒng)的功能、性能指標(包括系統(tǒng)面積、成本等)和制造工藝等，這一步驟是最高層次的抽象描述，包括系統(tǒng)功能、性能、物理尺寸等，通常由客戶向芯片設計廠商提出設計要求。

結構設計：根據(jù)數(shù)字電子系統(tǒng)的特點，將其劃分為多個接口清晰、功能相對獨立的子模塊。

邏輯設計：采用硬件描述語言(如Verilog或VHDL)或設計軟件提供的元件庫來實現(xiàn)，得到可靠的電路圖。在數(shù)字電子系統(tǒng)的設計中，HDL編碼是一個關鍵步驟。HDL是一種專門用于描述硬件系統(tǒng)的語言，如數(shù)字電路系統(tǒng)的結構、行為和數(shù)據(jù)流。它允許設計者從頂層到底層(從抽象到具體)逐層描述自己的設計思想，并使用一系列分層次的模塊來表示極其復雜的數(shù)字系統(tǒng)。

在HDL編碼過程中，設計者通常需要明確系統(tǒng)的功能、性能指標和制造工藝等要求，然后利用HDL語言來描述系統(tǒng)的結構、行為和數(shù)據(jù)流。通過這種方式，HDL編碼可以將設計者的意圖轉(zhuǎn)化為可以由EDA工具處理的形式。

一旦完成了HDL編碼，就可以使用EDA工具進行仿真驗證。這個過程涉及到將HDL代碼輸入到EDA工具中，然后工具將代碼轉(zhuǎn)換為門級電路網(wǎng)表，這個網(wǎng)表表示了系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)。然后，利用自動綜合工具將網(wǎng)表轉(zhuǎn)換為可實現(xiàn)的具體電路布線結構。這一步驟將網(wǎng)表映射到特定的工藝平臺上，并生成可以在該平臺上制造的物理版圖。

電路設計：將邏輯設計的結果轉(zhuǎn)換為可靠的電路圖。

將電路圖轉(zhuǎn)換為物理版圖：利用EDA工具進行布局和布線，得到最終的物理版圖。

數(shù)字電子系統(tǒng)的設計需要進行多種檢查和驗證，以確保設計的正確性和可靠性。EDA工具可以在這些方面提供全面的支持，包括模擬仿真、形式驗證、物理驗證等。最終，通過芯片制造將設計轉(zhuǎn)化為實際的數(shù)字電子系統(tǒng)。

EDA技術徹底改變了數(shù)字系統(tǒng)的設計方法和實現(xiàn)手段，使電子系統(tǒng)的設計由硬件設計轉(zhuǎn)變?yōu)橐訴HDL語言為核心的編程設計，借助于國際標準的VHDL語言和強大的EDA工具，使電子系統(tǒng)的設計變得思路簡單，功能明了。使用CPLD可以反復進行硬件實驗，降低了硬件電路的復雜程度，且設計電路的保密性強。通過修改程序可方便地修改設計，提高了設計的靈活性，縮短了設計周期，提高設計的效率。