什么是EDA？EDA有哪些分類和應(yīng)用？

EDA技術(shù)即是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)，它由PLD技術(shù)發(fā)展而來(lái)，可編程邏輯器件PLD的應(yīng)用與集成規(guī)模的擴(kuò)大為數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的方便和靈活性，變革了傳統(tǒng)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念、過(guò)程、方法。通過(guò)對(duì)PLD技術(shù)不斷地改進(jìn)提高，EDA技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

EDA技術(shù)就是基于大規(guī)?？删幊唐骷?，以計(jì)算機(jī)為工具，根據(jù)硬件描述語(yǔ)言HDL完成表達(dá)，實(shí)現(xiàn)對(duì)邏輯的編譯化簡(jiǎn)、分割、布局、優(yōu)化等目標(biāo)的一門新技術(shù)，借助EDA技術(shù)，操作者可以通過(guò)利用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件功能的一個(gè)描述，之后利用FPGA/CPLD才可得到最終設(shè)計(jì)結(jié)果。

EDA技術(shù)是一門綜合性學(xué)科，它打破了軟件和硬件間的壁壘，代表了電子設(shè)計(jì)技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展方向。本文將帶大家一起來(lái)了解關(guān)于EDA技術(shù)的發(fā)展歷程、基本特點(diǎn)、作用、分類、常用軟件、應(yīng)用以及發(fā)展趨勢(shì)。

EDA技術(shù)的發(fā)展歷程

1、初級(jí)階段：早期階段即是CAD（Computer Assist Design）階段，大致在20世紀(jì)70年代，當(dāng)時(shí)中小規(guī)模集成電路已經(jīng)出現(xiàn)，傳統(tǒng)的手工制圖設(shè)計(jì)印刷電路板和集成電路的方法效率低、花費(fèi)大、制造周期長(zhǎng)。人們開始借助于計(jì)算機(jī)完成印制電路板-PCB設(shè)計(jì)，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中高重復(fù)性的繁雜勞動(dòng)如布圖布線工作用二維平砸圖形編輯與分析的CAD工具代替，主要功能是交互圖形編輯，設(shè)計(jì)規(guī)則檢查，解決晶體管級(jí)版圖設(shè)計(jì).PCB布局布線、門級(jí)電路模擬和測(cè)試。

2、發(fā)展階段：20世紀(jì)80年代是EDA技術(shù)的發(fā)展和完善階段，即進(jìn)入到CAE（Computer Assist Engineering Design）階段。由于集成電路規(guī)模的逐步擴(kuò)大和電子系統(tǒng)的日趨復(fù)雜，人們進(jìn)一步開發(fā)設(shè)計(jì)軟件，將各個(gè)CAD工具集成為系統(tǒng)，從而加強(qiáng)了電路功能設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該時(shí)期的EDA技術(shù)已經(jīng)延伸到半導(dǎo)體芯片的設(shè)汁，生產(chǎn)出可編程半導(dǎo)體芯片。

3、成熟階段：20世紀(jì)90年代以后微電子技術(shù)突飛猛進(jìn)，一個(gè)芯片上可以集成幾百萬(wàn)、幾千萬(wàn)乃至上億個(gè)晶體管，這給EDA技術(shù)提出了更高的要求，也促進(jìn)了EDA技術(shù)的大發(fā)展。各公司相繼開發(fā)出了大規(guī)模的EDA軟件系統(tǒng)，這時(shí)出現(xiàn)了以高級(jí)語(yǔ)言描述、系統(tǒng)級(jí)仿真和綜合技術(shù)為特征的EDA技術(shù)。

EDA技術(shù)的基本特點(diǎn)

EDA代表了當(dāng)今電子設(shè)計(jì)技術(shù)的最新發(fā)展方向，電子設(shè)計(jì)工程師們可以利用EDA工具設(shè)計(jì)復(fù)雜電子系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)完成大量繁瑣的設(shè)計(jì)工作，即就是將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計(jì)、性能分析到設(shè)計(jì)出IC版圖的整個(gè)過(guò)程都在計(jì)算機(jī)上自動(dòng)處理完成。該技術(shù)具有以下一些特點(diǎn)：

1、自頂向下的設(shè)計(jì)方法。

“自頂向下”（Top- Down）是一種全新的設(shè)計(jì)方法，這種設(shè)計(jì)方法從設(shè)計(jì)的總體要求入手，自頂向下將整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)劃分為不同的功能子模塊，即在頂層進(jìn)行功能方劃分和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這樣可以在方框圖一級(jí)就進(jìn)行仿真和糾錯(cuò)，并能用硬件描述語(yǔ)言對(duì)高層次的系統(tǒng)行為進(jìn)行描述，從而在系統(tǒng)一級(jí)就能進(jìn)行驗(yàn)證，然后由EDA綜合工具完成到工藝庫(kù)的映射。由于設(shè)計(jì)的主要仿真和糾錯(cuò)過(guò)程是在高層次上完成的，這種方法有利于在早期發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的錯(cuò)誤，從而避免設(shè)計(jì)工作中的浪費(fèi)，同時(shí)也大大減少了邏輯功能仿真的工作量，提高了設(shè)計(jì)效率。

2、可編程邏輯器件PLD

可編程邏輯器件是一種由用戶編程以實(shí)現(xiàn)某種電子電路功能的新型器件，PLD 可分為低密度和高密度兩種。其中低密度 PLD 器件的編程都需要專用的編程器，屬于半定制的專用集成電路器件，而高密度 PLD 就是EDA 技術(shù)中經(jīng)常用到的復(fù)雜可編程邏輯器件（CPLD）、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）以及在系統(tǒng)可編程邏輯器件（ISP-PLD）等，它們屬于全定制ASIC 芯片，編程時(shí)僅需以 JTAG 方式與計(jì)算機(jī)并口相連即可。

3、硬件描述語(yǔ)言

硬件描述語(yǔ)言（HDL- Hardware DescripTIon Language）是一種用于設(shè)計(jì)硬件電子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言，就是用軟件編程的方式來(lái)描述復(fù)雜電子系統(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)開發(fā)中很重要的軟件工具。其中VHDL即超高速集成電路硬件描述語(yǔ)言，是電子設(shè)計(jì)中主流的硬件描述語(yǔ)言，用VHDL進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是使設(shè)計(jì)者可以專心致力于其功能的實(shí)現(xiàn)，而不需要對(duì)與工藝有關(guān)的因素上花費(fèi)過(guò)多的時(shí)間和精力。

EDA技術(shù)的作用

1、驗(yàn)證電路設(shè)計(jì)方案的正確性

設(shè)計(jì)方案確定之后，首先采用系統(tǒng)仿真或結(jié)構(gòu)模擬的方法驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可行性，這只要確定系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)（數(shù)學(xué)模型）便可實(shí)現(xiàn)。仿真之后對(duì)構(gòu)成系統(tǒng)的各電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬分析，以判斷電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的正確性及性能指標(biāo)的可實(shí)現(xiàn)性。這種量化分析方法對(duì)于提高工程設(shè)計(jì)水平和產(chǎn)品質(zhì)量，具有重要的指導(dǎo)意義。

2、電路特性的優(yōu)化設(shè)計(jì)

元器件的容差和工作環(huán)境溫度將對(duì)電路的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法很難對(duì)這種影響進(jìn)行全面的分析，也就很難實(shí)現(xiàn)整體的優(yōu)化設(shè)計(jì)。EDA技術(shù)中的溫度分析和統(tǒng)計(jì)分析功能可以分析各種溫度條件下的電路特性，便于確定最佳元件參數(shù)、最佳電路結(jié)構(gòu)以及適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)穩(wěn)定裕度，真正做到優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3、實(shí)現(xiàn)電路特性的模擬測(cè)試

電子電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，大量的工作是數(shù)據(jù)測(cè)試和特性分析。但是受測(cè)試手段和儀器精度所限，測(cè)試問(wèn)題很多。采用EDA技術(shù)后，可以方便地實(shí)現(xiàn)全功能測(cè)試。

EDA技術(shù)的分類

我們依據(jù)計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)介入程度的不同，將電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為以下三類：

1、人工的設(shè)計(jì)方法

此種設(shè)計(jì)方法從提出方案到驗(yàn)證方案等等均需要由人工來(lái)完成，并且方案的驗(yàn)證必須搭建實(shí)際的電路來(lái)完成驗(yàn)證。這種人工的設(shè)計(jì)方法缺陷在于：開銷特別大，但是效率卻極低，并且周期比較長(zhǎng)，還有一點(diǎn)就是現(xiàn)在的產(chǎn)品不是單單靠人工就能夠完成的。

2、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD

1970年以來(lái)，計(jì)算機(jī)開始被應(yīng)用于Ic版圖設(shè)計(jì)以及PCB布局布線，后來(lái)發(fā)展為可對(duì)電路功能和結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且在原來(lái)的基礎(chǔ)上增添了邏輯仿真、自動(dòng)布局布線等等的功能?？梢赃@么說(shuō)CAD技術(shù)的應(yīng)用取得了可喜的成果。但我們也不能過(guò)于樂(lè)觀，因?yàn)楦鞣N各樣的軟件層出不窮，每一種設(shè)計(jì)軟件只能夠解決一部分的問(wèn)題，這就造成了軟件不能完全脫離人去設(shè)計(jì)，智能化程度不能夠滿足人們的需求。

3、EDA電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化

1990年以后是EDA時(shí)代的到來(lái)。伴隨著電子計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用于電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和電子產(chǎn)品的測(cè)試以及電子產(chǎn)品的制造等各環(huán)節(jié)當(dāng)中。由于電子產(chǎn)品的性能不斷提高以及精密度的增加，產(chǎn)品的更新所需要的時(shí)間越來(lái)越短。相應(yīng)的，電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和電子產(chǎn)品的測(cè)試以及電子產(chǎn)品的制造也必須跟上更新的步伐。同時(shí)EDA也是CAD向前發(fā)展的必然產(chǎn)物，是電子設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。

EDA技術(shù)的常用軟件

E DA軟件很多，大體上分為P C B設(shè)計(jì)軟件、IC設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)以及仿真工具等，下面簡(jiǎn)單介紹在我國(guó)應(yīng)用比較多的幾個(gè)軟件。

1、電子電路設(shè)計(jì)以及仿真工具

電子電路設(shè)計(jì)以及仿真工具有：SPICE、EWB等等。

1）SPICE工具是由美國(guó)加州大學(xué)研發(fā)出的電路分析軟件，由于其廣泛的被使用，同時(shí)功能足夠強(qiáng)大，被認(rèn)為是國(guó)際上對(duì)電子電路性能模擬的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，具有文本輸入和電路原理圖的圖形輸入兩種功能。

2）EWB工具是加拿大InteracTIve ImageTechnologic Ltd公司研發(fā)的電子電路仿真工具。這款軟件可以提供多種類型的虛擬儀器，可以像操作實(shí)際儀器一樣對(duì)其進(jìn)行操作。并且軟件可以提供的元器件種類繁多，器件比較齊全，它在功能上模仿了SPICE，但是沒(méi)有SPICE那么多的分析功能。

2、PCB設(shè)計(jì)軟件

PCB設(shè)計(jì)軟件包括Protel、Cadence PSD、OrCAD、PowerPCB等等，其中Protel在我國(guó)應(yīng)用最廣泛，它是由澳大利亞Protel Technology公司研發(fā)的電路板設(shè)計(jì)軟件。許多理工類高校都設(shè)有這么課程，而且電路公司幾乎沒(méi)有一個(gè)不使用它的，它能夠全方位的對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且Protel具有易于使用、界面友好等優(yōu)點(diǎn)，電路設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)是其最有代表性的功能。

EDA技術(shù)的應(yīng)用

隨著EDA技術(shù)的迅猛發(fā)展，EDA技術(shù)主要在以下兩個(gè)方面發(fā)揮了巨大作用。首先，在科研方面的應(yīng)用：

主要是應(yīng)用仿真工具，比如P S P I C E、VHDL等，利用這些工具進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)以及電路的仿真；還用虛擬儀器對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試；在儀器中應(yīng)用CPLD/FPGA器件；從事一些ASIC或者PCB的設(shè)計(jì)等等，總之EDA技術(shù)在科研方面獲得了廣泛的應(yīng)用。取得了顯著地經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。其次，在教學(xué)方面的應(yīng)用：

可以這么說(shuō)幾乎設(shè)置有電子信息這個(gè)專業(yè)的院校，無(wú)論理工科還是文科類的高校，幾乎都設(shè)有EDA的課程，設(shè)置這門課程的目的在于，讓同學(xué)們了解EDA的原理，能夠?qū)W會(huì)利用HDL對(duì)系統(tǒng)邏輯進(jìn)行描述，同時(shí)掌握用其進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)的操作方法，達(dá)到無(wú)論是做畢業(yè)設(shè)計(jì)還是以后參加了工作，都能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)。為此我國(guó)每2年舉辦一次大學(xué)生電子設(shè)計(jì)的競(jìng)賽，這也是在考察學(xué)生的EDA技術(shù)水平，可以這么說(shuō)，EDA技術(shù)已經(jīng)是電子領(lǐng)域里不可或缺的一門技術(shù)。

EDA技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著科技水平的提高，電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代日新月異，而EDA技術(shù)作為各類電子產(chǎn)品研發(fā)的源動(dòng)力，自然而然成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，電子技術(shù)已經(jīng)全方位納入到EDA領(lǐng)域，EDA技術(shù)使得電子領(lǐng)域各學(xué)科之間的界限愈加模糊，相互間互為包容，其發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：EDA技術(shù)要生存就必須適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)，要專注于技術(shù)創(chuàng)新，而EDA產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新的重點(diǎn)將體現(xiàn)在系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證及可制造性設(shè)計(jì)（DFM ）兩大領(lǐng)域；使電子設(shè)計(jì)成果將以自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）的方式得以明確表達(dá)和確認(rèn)，IP的合理應(yīng)用是產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程得以加速的一個(gè)有效途徑。一體化的設(shè)計(jì)工具平臺(tái)使用戶受益于統(tǒng)一的用戶界面，避免了在不同的工具之間進(jìn)行數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)換等繁瑣的操作過(guò)程；描述語(yǔ)言一直是EDA業(yè)中重要的一環(huán)，然而隨著IC復(fù)雜度的不斷提高，從更高層次入手對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行描述是描述語(yǔ)言未來(lái)的發(fā)展方向；隨著EDA技術(shù)在全世界范圍內(nèi)的飛速發(fā)展，使得基于Linux環(huán)境的EDA技術(shù)將成為電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域的主流。

EDA技術(shù)應(yīng)用廣泛，如今已涉及到各行各業(yè)，EDA技術(shù)水平也在不斷提高，設(shè)計(jì)工具趨于完美，EDA市場(chǎng)也日趨成熟。