EDA技術(shù)的特點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)

1 前言

EDA是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(Electronic Design Automation)的縮寫(xiě)。它是一門(mén)正在高速發(fā)展的新技術(shù)，是以大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷樵O(shè)計(jì)載體以硬件描述語(yǔ)言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達(dá)方式，以計(jì)算機(jī)、大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷拈_(kāi)發(fā)軟件及實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)為設(shè)計(jì)工具，通過(guò)有關(guān)的開(kāi)發(fā)軟件，自動(dòng)完成用軟件的方式設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的一門(mén)新技術(shù)。可以實(shí)現(xiàn)邏輯編譯、邏輯化簡(jiǎn)、邏輯分割、邏輯綜合及優(yōu)化，邏輯布局布線、邏輯仿真。完成對(duì)于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射、編程下載等工作，最終形成集成電子系統(tǒng)或?qū)Ｓ眉尚酒?/p>

2 EDA技術(shù)的概念和基本特點(diǎn)

EDA技術(shù)是伴隨著計(jì)算機(jī)、集成電路、電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)發(fā)展起來(lái)的至今已有30多年的歷程，大致可以分為三個(gè)發(fā)展階段，20世紀(jì)70年代的CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))階段：這一階段的主要特征是利用計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行電路原理圖編輯、PCB布線，使得設(shè)計(jì)師從傳統(tǒng)高度重復(fù)繁雜的繪圖勞動(dòng)中解脫出來(lái)。20世紀(jì)80年代的CAED(計(jì)算機(jī)輔助工程設(shè)計(jì))階段：這一階段的主要特征是以邏輯摸擬、定時(shí)分析、故障仿真、自動(dòng)布局布線為核心，重點(diǎn)解決電路設(shè)計(jì)的功能檢測(cè)等問(wèn)題，使設(shè)計(jì)能在產(chǎn)品制作之前預(yù)知產(chǎn)品的功能與性能。20世紀(jì)90年代是EDA(電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)階段：這一階段的主要特征是以高級(jí)描述語(yǔ)言、系統(tǒng)仿真和綜合技術(shù)為特點(diǎn)，采尉‘自頂向下”的設(shè)計(jì)理念，將設(shè)計(jì)前期的許多高層次設(shè)計(jì)由EDA工具來(lái)完成。EDA是電子技術(shù)設(shè)計(jì)自動(dòng)化也就是能夠幫助人們?cè)O(shè)計(jì)電子電路或系統(tǒng)的軟件工具。該工具可以在電子產(chǎn)品的各個(gè)設(shè)計(jì)階段發(fā)揮作用，使設(shè)計(jì)更復(fù)雜的電路和系統(tǒng)成為可能。在原理圖設(shè)計(jì)階段，可以使用EDA中的仿真工具論證設(shè)計(jì)的正確性。在芯片設(shè)計(jì)階段.可以使用EDA中的芯片設(shè)計(jì)工具設(shè)計(jì)制作芯片的版圖。在電路板設(shè)計(jì)階段，可以使用EDA中電路板設(shè)計(jì)工具設(shè)計(jì)多層電路板。特別是支持硬件描述語(yǔ)言的EDA工具的出現(xiàn)使復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)化成為可能只要用硬件描述語(yǔ)言將數(shù)字系統(tǒng)的行為描述正確，就可以進(jìn)行該數(shù)字系統(tǒng)的芯片設(shè)計(jì)與制造。

EDA代表了當(dāng)今電子設(shè)計(jì)技術(shù)的最新發(fā)展方向，利用EDA工具電子設(shè)計(jì)師可以從概念、算法、協(xié)議等開(kāi)始設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)大量工作可以通過(guò)計(jì)算機(jī)完成，并可以將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計(jì)、性能分析到設(shè)計(jì)出IC版圖或PCB版圖的整個(gè)過(guò)程在計(jì)算機(jī)上自動(dòng)處理完成。設(shè)計(jì)者采用的設(shè)計(jì)方法是一種高層次的“自頂向下”的全新設(shè)計(jì)方法，這種設(shè)計(jì)方法首先從系統(tǒng)設(shè)計(jì)入手，在頂層進(jìn)行功能方框圖的劃分和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在方框圖一級(jí)進(jìn)行仿真、糾錯(cuò).并用硬件描述語(yǔ)言對(duì)高層次的系統(tǒng)行為進(jìn)行描述，在系統(tǒng)一級(jí)進(jìn)行駛證;然后用綜合優(yōu)化工具生成具體門(mén)電路的網(wǎng)絡(luò)表，其對(duì)應(yīng)的物理實(shí)現(xiàn)級(jí)可以是印刷電路板或?qū)Ｓ眉呻娐贰ＴO(shè)計(jì)者的工作僅限于利用軟件的方式，即利用硬件描述語(yǔ)言和EDA軟件來(lái)完成對(duì)系統(tǒng)硬件功能的實(shí)現(xiàn)。隨著設(shè)計(jì)的主要仿真和調(diào)試過(guò)程是在高層次上完成的，這既有利于早期發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的錯(cuò)誤，避免設(shè)計(jì)工作的浪費(fèi)，又減少了邏輯功能仿真的工作量，提高了設(shè)計(jì)的一次性成功率。隨著現(xiàn)代電子產(chǎn)品的復(fù)雜度和集成度的日益提高，一般的中小規(guī)模集成電路組合己不能滿足要求電路設(shè)計(jì)逐步地從中小規(guī)模芯片轉(zhuǎn)為大規(guī)模、超大規(guī)模芯片，具有高速度、高集成度、低功耗的可編程器件己蓬勃發(fā)展起來(lái)。

硬件描述語(yǔ)言(HDL)是一種用于進(jìn)行電子系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言，它采用軟件的設(shè)計(jì)方法來(lái)描述電子系統(tǒng)的邏輯功能、電路結(jié)構(gòu)和連接形式。硬件描述語(yǔ)言是EDA技術(shù)的重要組成部分，是EDA設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中很重要的軟件工具。VHDL即超高速集成電路硬件描述語(yǔ)言是作為電子設(shè)計(jì)主流硬件的描述語(yǔ)言。它具有很強(qiáng)的電路描述和建模能力，能從多個(gè)層次對(duì)數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行建模和描述從而大大簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)任務(wù)，提高了設(shè)計(jì)可靠性，用VHDL進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)者可以專(zhuān)心致力于其功能的實(shí)現(xiàn)而不需要對(duì)不影響功能與工藝有關(guān)的因素花費(fèi)過(guò)多的時(shí)間和精力。硬件描述語(yǔ)言可以在三個(gè)層次上進(jìn)行電路描述，其層次由高到低，分為行為級(jí)、幾級(jí)和門(mén)電路級(jí)。應(yīng)用VHDL進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)VHDL的寬范圍描述能力使它成為高層次設(shè)計(jì)的核心，將設(shè)計(jì)人員的工作重心提高到了系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)與調(diào)試只需花較少的精力用于物理實(shí)現(xiàn)。(2)VHDL可以用簡(jiǎn)潔明確的代碼描述來(lái)進(jìn)行復(fù)雜控制邏輯的設(shè)計(jì)，靈活且方便，而且也便于設(shè)計(jì)結(jié)果的交流、保存和重用。(3)VHDL的設(shè)計(jì)不依賴(lài)于特定的器件，方便了工藝的轉(zhuǎn)換。(4)VHDL是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言，為眾多的EDA廠商支持，因此移植性好。

將EDA技術(shù)與傳統(tǒng)電子設(shè)計(jì)方法進(jìn)行比較可以看出，傳統(tǒng)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)只能在電路板上進(jìn)行設(shè)計(jì)是一種搭積木式的方式，使復(fù)雜電路的設(shè)計(jì)、調(diào)試十分困難;如果某一過(guò)程存在錯(cuò)誤，查找和修改十分不便;對(duì)于集成電路設(shè)計(jì)而言設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程與具體生產(chǎn)工藝直接相關(guān)因此可移植性差;只有在設(shè)計(jì)出樣機(jī)或生產(chǎn)出芯片后才能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，因而開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的周期長(zhǎng)。而EDA技術(shù)則有很大不同，采用可編程器件，通過(guò)設(shè)計(jì)芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。采用硬件描述語(yǔ)言作為設(shè)計(jì)輸入和庫(kù)的引入，設(shè)計(jì)者定義器件的內(nèi)部邏輯和管腳，將原來(lái)由電路板設(shè)計(jì)完成的大部分工作改在芯片的設(shè)計(jì)中進(jìn)行。由于管腳定義的靈活性，大大減輕了電路圖設(shè)計(jì)和電路板設(shè)計(jì)的工作量和難度，有效增強(qiáng)了設(shè)計(jì)的靈活性，提高了工作效率。并且可減少芯片的數(shù)量，縮小系統(tǒng)體積，降低能源消耗，提高了系統(tǒng)的性能和可靠性。能全方位地利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)設(shè)計(jì)、仿真和調(diào)試。

3 EDA技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)

EDA技術(shù)發(fā)展迅猛逐漸在教學(xué)、科研、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造等各方面都發(fā)揮著巨大的作用。

在教學(xué)方面：幾乎所有理工科(特別是電子信息)類(lèi)的高校都開(kāi)設(shè)了EDA課程。主要是讓學(xué)生了解EDA的基本原理和基本概念、掌握用VHDL描述系統(tǒng)邏輯的方法、使用EDA工具進(jìn)行電子電路課程的模擬仿真實(shí)驗(yàn)。如實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)競(jìng)賽等均可借助CPLD/FPGA器件，使實(shí)驗(yàn)設(shè)備或設(shè)計(jì)出的電子系統(tǒng)具有高可靠性，又經(jīng)濟(jì)、快速、容易實(shí)現(xiàn)、修改便利，同時(shí)可大大提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力。

在科研方面：主要利用電路仿真工具進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與仿真;利用虛擬儀器進(jìn)行產(chǎn)品調(diào)試;將CPLD/FPGA器件的開(kāi)發(fā)應(yīng)用到儀器設(shè)備中，CPLD/FPGA可直接應(yīng)用于小批量產(chǎn)品的芯片或作為大批量產(chǎn)品的芯片前期開(kāi)發(fā)。傳統(tǒng)機(jī)電產(chǎn)品的升級(jí)換代和技術(shù)改造，CPLD/FPGA的應(yīng)用可提高傳統(tǒng)產(chǎn)品的性能縮小體積，提高技術(shù)含量和產(chǎn)品的附加值。作為高等院校有關(guān)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生和廣大的電子工程師了解和掌握這一先進(jìn)技術(shù)是勢(shì)在必行，這不僅是提高設(shè)計(jì)效率的需要.更是時(shí)代發(fā)展的需求，只有掌握了EDA技術(shù)才有能力參與世界電子工業(yè)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)爭(zhēng)能生存與發(fā)展。隨著科技的進(jìn)步，電子產(chǎn)品的更新日新月異，EDA技術(shù)作為電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)研制的源動(dòng)力，己成為現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)的核心。所以發(fā)展EDA技術(shù)將是電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域和電子產(chǎn)業(yè)界的一場(chǎng)重大的技術(shù)革命，同時(shí)也對(duì)電類(lèi)課程的教學(xué)和科研提出了更深更高的要求。

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造方面：從高性能的微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器一直到彩電、音響和電子玩具電路等，EDA技術(shù)不單是應(yīng)用于前期的計(jì)算機(jī)模擬仿真、產(chǎn)品調(diào)試，而且也在PCB的制作、電子設(shè)備的研制與生產(chǎn)、電路板的焊接、制作過(guò)程等有重要作用?？梢哉f(shuō)EDA技術(shù)已經(jīng)成為電子工業(yè)領(lǐng)域不可缺少的技術(shù)支持。

進(jìn)入21世紀(jì)后，電子技術(shù)全方位納入EDA領(lǐng)域，EDA使得電子領(lǐng)域各學(xué)科的界限更加模糊，更加互為包容，突出表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：使電子設(shè)計(jì)成果以自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的方式得以明確表達(dá)和確認(rèn)成為可能;基于EDA工具的ASIC設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)單元己涵蓋大規(guī)模電子系統(tǒng)及IP核模塊;軟硬件IP核在電子行業(yè)的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域、技術(shù)領(lǐng)域和設(shè)計(jì)應(yīng)用領(lǐng)域得到進(jìn)一步確認(rèn);soC(System-on-Chip)高效低成本設(shè)計(jì)技術(shù)的成熟。隨著半導(dǎo)體技術(shù)、集成技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)手段都發(fā)生了很大的變化。傳統(tǒng)的‘固定功能集成塊十連線”的設(shè)計(jì)方法正逐步地退出歷史舞臺(tái)而基于芯片的設(shè)計(jì)方法正成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主流。

4 結(jié)束語(yǔ)

EDA技術(shù)是電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一場(chǎng)革命，目前正處于高速發(fā)展階段，每年都有新的EDA工具問(wèn)世，我國(guó)EDA技術(shù)的應(yīng)用水平長(zhǎng)期落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，因此作為一名電子硬件工程師、大專(zhuān)院校電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)的在校學(xué)生或者電子愛(ài)好者，必須掌握EDA技術(shù)用于CPLD/FPGA的開(kāi)發(fā)，只有這樣才能跟上現(xiàn)代科技的快車(chē)去適應(yīng)激烈競(jìng)爭(zhēng)的環(huán)境。