解析EDA技術(shù)的基本特征及應(yīng)用

在現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，隨著微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，無(wú)論是電路設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)還是芯片設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度都在不斷地增加，而且電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的步伐也越來(lái)越快。此時(shí)，僅僅依靠傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不再滿足要求，而電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）技術(shù)的發(fā)展給電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)了革命性的變化，大部分設(shè)計(jì)工作都可以在計(jì)算機(jī)上借助EDA工具來(lái)完成。

1、EDA技術(shù)的基本特征

EDA技術(shù)是一門涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、微電子工藝等學(xué)科的綜合性技術(shù)，隨著計(jì)算機(jī)、集成電路、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展，經(jīng)歷了一個(gè)由淺到深的過(guò)程。

從20世紀(jì)60年代中期開始的CAD階段，人們就利用各種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具來(lái)取代了手工操作，由于受到計(jì)算機(jī)工作平臺(tái)的制約，其支持的設(shè)計(jì)工作有限，性能比較差。20世紀(jì)80年代的CAE階段，人們采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理技術(shù)將各個(gè)工具集成為一個(gè)系統(tǒng)，提供標(biāo)準(zhǔn)元件庫(kù)，但是，大部分從原理圖出發(fā)的CAE工具仍然不能適應(yīng)復(fù)雜電子系統(tǒng)的要求，而且具體的元件圖形也制約著優(yōu)化設(shè)計(jì)。20世紀(jì)90年代以來(lái)的ESDA階段，電子工藝水平已經(jīng)達(dá)到了深亞微米級(jí)，芯片的工作頻率達(dá)到GHz級(jí)，在這一階段，出現(xiàn)了以硬件描述語(yǔ)言、系統(tǒng)級(jí)仿真和綜合技術(shù)為基本特征的第三代EDA技術(shù)，它使設(shè)計(jì)師們擺脫了大量的具體設(shè)計(jì)工作，而把精力集中于創(chuàng)造性的方案與概念構(gòu)思上，從而極大地提高了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效率，縮短了產(chǎn)品的研制周期。

現(xiàn)代EDA技術(shù)是采用高級(jí)語(yǔ)言描述，具有系統(tǒng)級(jí)仿真和綜合能力。它主要采用并行工程和“自頂向下”的設(shè)計(jì)方法，使開發(fā)者從一開始就要考慮到產(chǎn)品生成周期的諸多方面，包括質(zhì)量、成本、開發(fā)時(shí)間及用戶的需求等，然后從系統(tǒng)設(shè)計(jì)人手，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VHDL，Verilog一HDL，ABEL等硬件描述語(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)行驗(yàn)證，然后再用邏輯綜合優(yōu)化工具生成具體的門級(jí)邏輯電路的網(wǎng)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?。近幾年?lái)，硬件描述語(yǔ)言等設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)格式的逐步標(biāo)準(zhǔn)化，在不同設(shè)計(jì)風(fēng)格和應(yīng)用的要求方面，導(dǎo)致各具特色的EDA工具被集成在同一工作站上，從而使EDA框架日趨標(biāo)準(zhǔn)化。

2、EDA技術(shù)的必要性

目前中國(guó)正在從“中國(guó)制造”走向“中國(guó)創(chuàng)造”，黨的十六大提出“優(yōu)先發(fā)展信息產(chǎn)業(yè)”，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是集成電路的出現(xiàn)，使電子電路逐步告別分立元件時(shí)代，向小型化、集成化方向發(fā)展，要開發(fā)擁有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的硬件電路，就必須進(jìn)行ASIC，SOC的設(shè)計(jì)，就必須使用EDA工具。但我國(guó)EDA技術(shù)的研究和應(yīng)用起步較晚、水平很低，在EDA的總體應(yīng)用能力方面與世界發(fā)達(dá)國(guó)家相比，表現(xiàn)為專業(yè)人才緊缺、缺乏成熟化的整合性集成設(shè)計(jì)環(huán)境，專業(yè)人員培訓(xùn)上的落后，導(dǎo)致在技術(shù)創(chuàng)新、信息化水平等關(guān)鍵方面的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力與跨國(guó)公司還有較大差距。

在設(shè)計(jì)方法上，設(shè)計(jì)者采用一種高層次的“自頂向下”的全新設(shè)計(jì)方法，與過(guò)去選擇標(biāo)準(zhǔn)集成電路“自底向上”地構(gòu)造出一個(gè)新的系統(tǒng)相比，由于設(shè)計(jì)的主要仿真和調(diào)試過(guò)程是在高層次上完成的，這不僅有利于早期發(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)，而且也減少了邏輯功能仿真的工作量，避免設(shè)計(jì)效率低、成本高、容易出錯(cuò)，提高了設(shè)計(jì)的一次成功率。近幾年來(lái)隨著信息時(shí)代的到來(lái)，“信息交互”和“信息處理”兩類的應(yīng)用使數(shù)字化產(chǎn)品需求日益旺盛，通信、多媒體等市場(chǎng)需要增大，SOC芯片在中高檔方面將取代傳統(tǒng)意義上的CPU，滿足人們以GUI屏幕為中心的多媒體界面與信息終端交互的需求。

各種新器件、新技術(shù)、新方法迭出無(wú)窮，人們開發(fā)的電子系統(tǒng)也越來(lái)越龐大、越來(lái)越復(fù)雜、要求也越來(lái)越高，要分析和設(shè)計(jì)復(fù)雜的電子系統(tǒng)，人工的方法已不適用，為適應(yīng)這種現(xiàn)狀，日趨完善的EDA技術(shù)正在逐步取代傳統(tǒng)的電子設(shè)計(jì)方法。對(duì)更低成本、更低功耗的無(wú)止境追求和越來(lái)越短的產(chǎn)品上市壓力，迫使IC供應(yīng)商不斷開發(fā)系統(tǒng)芯片，而這些系統(tǒng)芯片的復(fù)雜性設(shè)計(jì)更加依賴于EDA技術(shù)，EDA是目前最新最全面的電子設(shè)計(jì)技術(shù)及工具，它的出現(xiàn)為電子設(shè)計(jì)工作者提供了一種全新的設(shè)計(jì)方法。因此，掌握EDA技術(shù)，是走向市場(chǎng)、走向社會(huì)、走向國(guó)際的基本技能。

3、EDA技術(shù)在實(shí)踐技能中的應(yīng)用

下面以Alter公司的可編程器件開發(fā)工具M(jìn)AX+plusII為平臺(tái)〔1-2），采用層次化設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口的交通信號(hào)燈的控制電路。

3.1交通管理器的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用層次描述方式，也采用原理圖輸人和文本輸人混合方式建立描述文件。圖I是交通管理器頂層圖形輸人文件，它用原理圖形式表明系統(tǒng)的組成，即系統(tǒng)由控制器和3個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器組成;3個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器的模分別為26，5和30a在頂層圖形文件中的各模塊，其功能用第=層次VHDL源文件描述。

編輯器將頂層圖形文件和第=層次功能塊VHDL輸人文件相結(jié)合并編譯，確定正確無(wú)誤后，即可產(chǎn)生交通管理器的目標(biāo)文件。

3.2波形仿真

對(duì)源程序進(jìn)行編譯，檢查語(yǔ)法，檢查邏輯功能是否正確，經(jīng)驗(yàn)證此例的系統(tǒng)邏輯功能正確，其交通管理器的仿真波形?？梢钥闯觯紫仁羌椎澜梗╮1為高電平），乙道通行（薛為高電平）;經(jīng)過(guò)30s后，轉(zhuǎn)換成甲道禁止（rl為高電平），乙道停車（舜為高電平）;經(jīng)過(guò)5s后，轉(zhuǎn)換成甲道通行（g1為高電平），乙道禁止（r2為高電平）;經(jīng)過(guò)26s后，轉(zhuǎn)換成甲道停車（y1為高電平），乙道禁止（r2為高電平）;再經(jīng)過(guò)5s后，再次轉(zhuǎn)換成甲道禁止（rl為高電平），乙道通行（夕為高電平）狀態(tài)，完成一個(gè)工作循環(huán)。

4、結(jié)論與展望

本文創(chuàng)新點(diǎn)：電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)輸人可以用原理圖、波形、VHDL語(yǔ)言等方式輸人，下載配置前的整個(gè)過(guò)程幾乎不涉及到整個(gè)硬件，而硬件設(shè)計(jì)的修改也如同修改軟件程序一樣快捷方便，即通過(guò)軟件方式的設(shè)計(jì)與測(cè)試，達(dá)到對(duì)特定功能的硬件電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。它能輔助技術(shù)人員進(jìn)行快速、正確的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，真正做到“設(shè)計(jì)即正確”。

與此同時(shí)，EDA環(huán)境也將不斷進(jìn)步，以適應(yīng)系統(tǒng)開發(fā)的需要，一些新興的EDA公司還提供出了重點(diǎn)發(fā)展C++語(yǔ)言、標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)和網(wǎng)上設(shè)計(jì)服務(wù)等新的發(fā)展策略，并且開發(fā)基于C++語(yǔ)言的硬件描述工具，采用C++為設(shè)計(jì)語(yǔ)言，不但運(yùn)行速度比HDL快2-3個(gè)數(shù)量級(jí)，而且可為IP供應(yīng)商提供知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，這些又為EDA技術(shù)的發(fā)展注人了新的活力。
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