EDA技術在現代電子領域的發展與應用

(商丘職業技術學院，河南 商 丘 4 76000)

EDA技術是20世紀90年代初迅速發展起來的一門新技術，代表了當今電子設計的最新發展方向，其是以計算機為工作平臺，融合了應用電子技術、計算機技術、智能化技術等多種技術來實現電子產品的自動化設計。EDA技術也是高度發達的信息化社會發展的必然趨勢，其應用也越來越廣泛，主要電子產業包括：通信工業、信息產業、半導體工業、電子零組件工業、消費性電子工業、光電及儀表工業等行業，是現代電子設計的核心，在現代電子電路設計中起著非常重要的作用。

1 EDA技術的發展

隨著大規模集成電路技術、計算機技術和電子系統設計技術的不斷發展，EDA技術的含量正以驚人的速度上升，其產生和發展，使產品的開發周期大大縮短，且性能和價格比得到很大程度的提高。歸納起來其發展主要分為四個階段：

（1）70年代為計算機輔助設計(CAD)階段。人們開始用計算機輔助進行IC版圖編輯、PCB布局布線，取代了手工操作。

（2）80年代為計算機輔助工程(CAE)階段。與CAD相比，CAE除了有純粹的圖形繪制功能外，又增加了電路功能設計和結構設計，并且通過電氣連接網絡表將兩者結合在一起，實現了工程設計。CAE的主要功能是：原理圖輸入，邏輯仿真，電路分析，自動布局布線，PCB后分析。

（3）90年代為電子系統設計自動化(EDA)階段。

（4）現代EDA技術就是以計算機為工具，在EDA軟件平臺上，根據硬件描述語言HDL完成的設計文件，能自動地完成用軟件方式描述的電子系統到硬件系統的邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合及優化、布局布線、邏輯仿真，直至完成對于特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。

2 EDA技術的主要內容

ESDA代表了當今電子設計技術的最新發展方向，其基本特征是：設計人員按照“自頂向下”的設計方法，對整個系統進行方案設計和功能劃分，系統的關鍵電路用一片或幾片專用集成電路(ASIC)實現，然后采用硬件描述語言(HDL)完成系統行為級設計，最后通過綜合器和適配器生成最終的目標器件。這樣的設計方法被稱為高層次的電子設計方法.

“自頂向下”(Top–Down)的全新設計方法，首先從系統設計入手，在頂層進行功能方框圖的劃分和結構設計。在方框圖一級進行仿真、糾錯，并用硬件描述語言對高層次的系統行為進行描述，在系統一級進行驗證。然后用綜合優化工具生成具體門電路的網表，其對應的物理實現級可以是印刷電路板或專用集成電路。由于設計的主要仿真和調試過程是在高層次上完成的，這一方面有利于早期發現結構設計上的錯誤，避免設計工作的浪費，同時也減少了邏輯功能仿真的工作量，提高了設計的一次成功率。

現代電子產品的復雜度日益加深，一個電子系統可能由數萬個中小規模集成電路構成，這就帶來了體積大，功耗大，可靠性差的問題，解決這一問題的有效方法就是采用ASIC(Application Specific Integrated Circuits)芯片進行設計。ASIC按照設計方法的不同可分為：全定制ASIC，半定制ASIC，可編程ASIC(也稱為可編程邏輯器件)。

在設計全定制ASIC芯片時，設計師要定義芯片上所有晶體管的幾何圖形和工藝規則，最后將設計結果交由IC廠家掩膜制造完成。這樣做的優點是：芯片可以獲得最優的性能，即面積利用率高、速度快、功耗低；缺點是：開發周期長，費用高，只適合大批量產品開發。

半定制ASIC芯片的版圖設計方法有所不同，分為門陣列設計法和標準單元設計法，這兩種方法都是約束性的設計方法，其主要目的就是簡化設計，以犧牲芯片性能為代價來縮短開發時間。

可編程邏輯芯片與上述掩膜ASIC的不同之處在于：設計人員完成版圖設計后，在實驗室內就可以燒制出自己的芯片，無須IC廠家的參與，大大縮短了開發周期。

硬件描述語言(HDL—Hardware Description Language)是一種用于設計硬件電子系統的計算機語言，其用軟件編程的方式來描述電子系統的邏輯功能、電路結構和連接形式，與傳統的門級描述方式相比，它更適合大規模系統的設計。VHDL是一種全方位的硬件描述語言，包括系統行為級、寄存器傳輸級和邏輯門級多個設計層次，支持結構、數據流、行為三種描述形式的混合描述，因此VHDL幾乎覆蓋了以往各種硬件描述語言的功能，整個自頂向下或自底向上的電路設計過程都可以用VHDL來完成。

3 EDA技術的應用

EDA技術近年來的發展非常迅速，在教學，科研，通信、國防、航天、醫學、工業自動化、計算機應用、儀器儀表等領域的電子系統設計工作中，發揮著越來越重要的作用。

（1）在教學方面

理工科(特別是電子信息工程)類的高校幾乎都開設了EDA課程。主要是讓學生了解EDA的基本原理和基本概念，掌握用VHDL硬件描述語言描述系統邏輯的方法，使用仿真軟件工具進行電子電路課程的模擬仿真實驗并在畢業設計時讓學生從事簡單電子系統的設計，為今后工作打下基礎。

（2）在科研方面

主要利用電路仿真工具進行電路設計與仿真；利用虛擬儀器進行產品調試；將FPGA器件的開發應用到儀器設備中。在CDMA無線通信系統中，所有移動手機和無線基站都工作在相同的頻譜，為區別不同的呼叫，每個手機有一個唯一的碼序列，CDMA基站必須能判別這些不同觀點的碼序列才能分辨出不同的傳呼進程；這一判別是通過匹配濾波器的輸出顯示在輸入數據流中探測到特定的碼序列；FPGA能提供良好的濾波器設計，而且能完成DSP高級數據的處理功能，因而FPGA在現代通信領域中得到廣泛應用。

（3）在產品設計與制造方面

從高性能的微處理器、數字信號處理器一直到彩電、音響和電子電路等，EDA技術不單是應用于前期的計算機模擬仿真，產品調試，而且在電子設備的研制與生產，電路板的焊接過程中也起著很重要的作用。可以說EDA技術已經成為電子工業領域不可或缺的重要組成部分。

4 結束語

隨著微電子技術和計算機技術的不斷發展，電子產品的開發日新月異，EDA技術已經成為現代電子設計的核心，其發展將是電子設計領域和電子產業的一場重大的技術革命，同時，也對電子專業課程的教學和科研提出了更深更高的要求。掌握和普及EDA技術，將對我國電子技術的發展具有重要而深遠的意義。

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