EDA技術及其應用優(yōu)勢

桂淮濛 陜西工業(yè)職業(yè)技術學院

隨著信息化、數(shù)字化和智能化的到來，智能家居、可穿戴設備、車載電子等需求領域將迎來爆發(fā)式增長。要實現(xiàn)各類數(shù)字產品在也性能，復雜度上等方面的迅速提升，這就需要制造技術與設計技術的飛速發(fā)展。集成電路設計正在不斷地向極大規(guī)模，極低功耗和超高速的方向發(fā)展。專業(yè)集成電路ASIC(Application Specific Integrated Circuit)的設計成本不斷降低，在功能上，現(xiàn)代的集成電路已能夠實現(xiàn)單片電子系統(tǒng)。

現(xiàn)代電子設計技術的核心已日趨轉向基于計算機的電子設計自動化技術。電子系統(tǒng)的設計方法，已從電子CAD、電子CAE發(fā)展到電子設計自動化EDA，這使得設計自動化程度，以及復雜性越來越高。 EDA技術在硬件實現(xiàn)方面融合了大規(guī)模集成電路制造技術、IC版圖設計、ASIC測試和封裝、FPGA/CPLD編程下載和自動測試等技術；在計算機輔助工程方面融合了計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）、計算機輔助測試（CAT)、計算機輔助工程（CAE)技術以及多種計算機語言的設計概念；在現(xiàn)代電子學方面融合了電子線路設計、數(shù)字信號處理等。因此，EDA技術已成為現(xiàn)代電子設計的有力工具。本文將針對EDA技術的概念，設計方法以及應用展開論述。

1 EDA技術的概念

EDA技術是在電子CAD技術的基礎上發(fā)展起來的。它以計算機為工作平臺，融合了應用電子技術、計算機技術、信息處理及智能化技術的最新成果，已實現(xiàn)電子產品的自動設計。EDA技術依賴功能強大的計算機，在EDA工具軟件平臺上，對以硬件描述語言HDL（Hardware Description Language）為系統(tǒng)邏輯描述手段完成的設計文件，自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、布局布線以及邏輯優(yōu)化和仿真測試，直至實現(xiàn)既定的電子線路系統(tǒng)功能。簡單地說，EDA就是立足于計算機工作平臺而開發(fā)出來的一整套先進的設計電子系統(tǒng)的軟件工具。

傳統(tǒng)的數(shù)字系統(tǒng)通常采用搭積木的方式設計，即由一些固定功能的器件加上一定的外圍電路構成模塊，由這些模塊進一步形成各種功能電路，進而構成系統(tǒng)。構成系統(tǒng)的“積木塊”是各種標準芯片，這些芯片的功能是固定的，用戶只能根據(jù)需要從這些標準器件中選擇，并按照推薦的電路達成系統(tǒng)。 傳統(tǒng)的設計方法已經無法滿足電子制造技術的設計要求。

2 EDA的設計方法

隨著可編程邏輯器件器件,即PLD(Programmable Logic Device)器件及EDA技術的出現(xiàn)，實現(xiàn)了立足于PLD芯片實現(xiàn)各種不同的功能。設計者可由基于電路板的設計轉向通過芯片設計實現(xiàn)數(shù)字邏輯功能。此方法有效的減少了設計中芯片的數(shù)量和種類，同時極大地縮小了整個系統(tǒng)的體積，降低了功耗，并提高了可靠性。半導體集成技術早已發(fā)展到可以在幾平方厘米的芯片上集成數(shù)千萬及以上個晶體管。EDA技術已成為現(xiàn)代電子設計的有力工具，沒有EDA技術的支持，要完成超大規(guī)模集成電路的設計和制造是不可想象的。

基于EDA技術的設計中，通常采用Top-down（自頂向下）的設計方法。Top-down的設計方法首先從系統(tǒng)出發(fā)，在頂層進行功能方框圖的劃分和結構設計。在功能級進行仿真、糾錯，并用硬件描述對高層次的系統(tǒng)行為進行描述，然后用綜合工具將設計轉化為具體門電路網表，其對應的物理實現(xiàn)可以是PLD器件或專用集成電路（Application Specific Integrated Circuit,ASIC）。由于設計的主 要仿真和調試過程是在高層次完成的，這一方面有利于早起發(fā)現(xiàn)結構設計上的錯誤，避免設計工作的浪費，另一方面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。在Top-down的設計中，將設計劃分為幾個不同的層次，系統(tǒng)級、功能級、門級、開關級等，按照自上而下的順序，在不同的層次上對系統(tǒng)進行設計與仿真。

具體來說，EDA設計流程可以分為六個步驟。第一步是設計輸入，即將電路系統(tǒng)以一定的表達方式輸入計算機，常采用圖形輸入或文本輸入等方式。第二步是綜合，即將軟件描述與給定的硬件結構用某種網表文件的方式對應起來，成為相應的映射關系。第三步是適配，有綜合器產生的網表文件配置于指定的目標器件，并產生最終的可下載文件。將綜合后的網表文件針對某一具體的目標器件進行邏輯映射操作。第四步是仿真，包括時序仿真和功能仿真。時序仿真是選擇具體器件并完成布局布線后進行的包括延時的仿真。功能仿真是直接對VHDL/Verilog HDL、原理圖或其他描述形式的邏輯功能進行測試模擬， 了解其功能是否滿足原設計的要求，不考慮信號時延因素的仿真。第五步是下載，編程下載是把適配后生成的下載、配置文件，通過編程器、編程電纜向FPGA/CPLD下載，以便進行硬件調試和驗證。最后一步為硬件測試，即將含有載入了設計的FPGA/CPLD的硬件系統(tǒng)進行統(tǒng)一測試，最終驗證設計項目在目標系統(tǒng)上的實際工作情況，以排除錯誤、改進設計。

3 EDA技術的應用及發(fā)展趨勢

隨著微電子技術和計算機技術的迅速發(fā)展，EDA技術以及在國防、航空航天、工業(yè)自動化、通信以及儀器儀表等領域得到了廣泛的應用，這也使得EDA技術成為當今電子技術發(fā)展的核心技術之一。為了能更好的適應新一代FPGA芯片的設計以及市場需求的變化，EDA技術也有突飛猛進的發(fā)展，總體來說可概括為以下兩點：（1）跨越器件組甚至公司界限的一體化設計工具，使用受益于統(tǒng)一的用戶界面，避免在不同工具間數(shù)據(jù)轉換等繁瑣操作；（2）隨著IC復雜度的不斷提高，高級語言將成為FPGA開發(fā)的利器，硬件描述語言將從更高層次入手對系統(tǒng)進行描述。System Verilog終將取代VHDL成為下一代的描述語言。

結束語：在當前的電子技術快速發(fā)展的情況下，EDA技術已經成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)設計中的有利工具。同時，EDA技術利用硬件描述語言和EDA軟件來完成對系統(tǒng)硬件功能的實現(xiàn)，是電子設計技術的一個巨大進步。。EDA技術的引入，有效的改善了數(shù)字電路設計的方法。EDA技術的這些優(yōu)勢足以說明，EDA技術的引用，能夠有效的推動電子技術的發(fā)展。

[1]譚會生，張昌凡，EDA技術及應用 ：Verilog HDL版.3版[M]。西安電子科技大學出版社，2011。

[2] 潘松，黃繼業(yè)，EDA技術與VHDL[M]。清華大學出版社，2009

[3] 王金明，冷自強，EDA技術與Verilog 設計[M].科學出版社，2008