EDA技術(shù)進(jìn)行數字電路設計

隨著(zhù)科學(xué)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)市場(chǎng)化，采用傳統電子設計手段在較短時(shí)間內完成復雜電子系統設計，已經(jīng)越來(lái)越難完成了。EDA(Electronics Design Automation)技術(shù)是隨著(zhù)集成電路和計算機技術(shù)飛速發(fā)展應運而生一種高級、快速、有效電子設計自動(dòng)化工具。本文介紹了EDA技術(shù)主要特點(diǎn)和功能，并對將EDA技術(shù)引入到數字電路設計工作方案進(jìn)行了探討。

1 EDA技術(shù)

EDA(電子線(xiàn)路設計座自動(dòng)化)是以計算機為工作平臺、以硬件描述語(yǔ)言(VHDL)為設計語(yǔ)言、以可編程器件(CPLD/FPGA)為實(shí)驗載體、以 ASIC/SOC芯片為目標器件、進(jìn)行必要元件建模和系統仿真電子產(chǎn)品自動(dòng)化設計過(guò)程。EDA是電子設計領(lǐng)域一場(chǎng)革命，它源于計算機輔助設計，計算機輔助制造、計算機輔助測試和計算機輔助工程。利用EDA工具，電子設計師從概念，算法、協(xié)議開(kāi)始設計電子系統，從電路設計，性能分析直到IC版圖或PCB版圖生成全過(guò)程均可在計算機上自動(dòng)完成。EDA代表了當今電子設計技術(shù)最新發(fā)展方向，其基本特征是設計人員以計算機為工具，按照自頂向下設計方法，對整個(gè)系統進(jìn)行方案設計和功能劃分，由硬件描述語(yǔ)言完成系統行為級設計，利用先進(jìn)開(kāi)發(fā)工具自動(dòng)完成邏輯編譯、化簡(jiǎn)、分割、綜合、優(yōu)化、布局布線(xiàn)、仿真及特定目標芯片適配編譯和編程下載，這被稱(chēng)為數字邏輯電路高層次設計方法。

1.1 EDA軟件簡(jiǎn)介

“EDA”就是Electronic Design Automation(電子設計自動(dòng)化)，也就是能夠幫助人們設計電子電路或系統軟件工具，該工具可以使設計更復雜電路和系統成為可能。目前進(jìn)入我國并具有廣泛影響EDA軟件有：muhisim7、OW_AD、Protel、Viewlogio、Mentor、Synopsys、PCBW Id、Cadence、MicmSim等等，這些軟件各具特色，大體分為芯片級設計工具、電路板級設計工具、可編程邏輯器件開(kāi)發(fā)工具和電路仿真工具等幾類(lèi);其中Protel是國內最流行、使用最廣泛一種印制電路板設計首選軟件，由澳大利亞protd Technology公司出品，過(guò)去只是用來(lái)進(jìn)行原理圖輸入和PCB版圖設計，從Protel 98開(kāi)始，加入了模擬數字混合電路仿真模塊和可編程邏輯器件設計模塊，1999年P(guān)rotel推出了功能更加強大EDA綜合設計環(huán)境Protel 99，它將EDA全部?jì)热菡蠟橐惑w，成為完整EDA軟件，因而該軟件發(fā)展潛力很大，但它最具特色和最強大功能仍是原理圖輸人和PCB版圖設計。

1.2 EDA技術(shù)主要內容

EDA技術(shù)涉及面很廣，內容豐富，從教學(xué)和實(shí)用角度看，主要應掌握如下4個(gè)方面內容：一是大規?？删幊踢壿嬈骷?二是硬件描述語(yǔ)言;三是軟件開(kāi)發(fā)工具;四是實(shí)驗開(kāi)發(fā)系統。其中，大規?？删幊踢壿嬈骷抢肊DA技術(shù)進(jìn)行電子系統設計載體，硬件描述語(yǔ)言是利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統設計主要表達手段，軟件開(kāi)發(fā)工具是利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統設計智能化自動(dòng)設計工具，實(shí)驗開(kāi)發(fā)系統則是利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統設計下載工具及硬件驗證工具。

1.3 EDA技術(shù)主要特征

作為現代電子系統設計主導技術(shù)，EDA具有幾個(gè)明顯特征：

1.3.1用軟件設計方法來(lái)設計硬件

硬件系統轉換是由有關(guān)開(kāi)發(fā)軟件自動(dòng)完成，設計輸入可以是原理圖VHDL語(yǔ)言，通過(guò)軟件設計方式測試，實(shí)現對特定功能硬件電路設計，而硬件設計修改工作也如同修改軟件程序一樣快捷方便，設計整個(gè)過(guò)程幾乎不涉及任何硬件，可操作性、產(chǎn)品互換性強。

1.3.2基于芯片設計方法

EDA設計方法又稱(chēng)為基于芯片設計方法，集成化程度更高，可實(shí)現片上系統集成，進(jìn)行更加復雜電路芯片化設計和專(zhuān)用集成電路設計，使產(chǎn)品體積小、功耗低、可靠性高;可在系統編程或現場(chǎng)編程，使器件編程、重構、修改簡(jiǎn)單便利，可實(shí)現在線(xiàn)升級;可進(jìn)行各種仿真，開(kāi)發(fā)周期短，設計成本低，設計靈活性高。

1.3.3自動(dòng)化程度高

EDA技術(shù)根據設計輸入文件，將電子產(chǎn)品從電路功能仿真、性能分析、優(yōu)化設計到結果測試全過(guò)程在計算機上自動(dòng)處理完成，自動(dòng)生成目標系統，使設計人員不必學(xué)習許多深入專(zhuān)業(yè)知識，也可免除許多推導運算即可獲得優(yōu)化設計成果，設計自動(dòng)化程度高，減輕了設計人員工作量，開(kāi)發(fā)效率高。

1.3.4自動(dòng)進(jìn)行產(chǎn)品直面設計

EDA技術(shù)根據設計輸入文件(HDL或電路原理圖)，自動(dòng)地進(jìn)行邏輯編譯、化簡(jiǎn)、綜合、仿真、優(yōu)化、布局、布線(xiàn)、適配以及下載編程以生成目標系統，即將電子產(chǎn)品從電路功能仿真、性能分析、優(yōu)化設計到結果測試全過(guò)程在計算機上自動(dòng)處理完成;

1.4 EDA技術(shù)要點(diǎn)

1.4.1可編程邏輯器件-PLD

數字邏輯器件發(fā)展直接反映了從分立元件、中小規模標準芯片過(guò)渡到可編程邏輯器件過(guò)程。ISP技術(shù)和HDPLD器件使設計人員能夠在實(shí)驗室中方便地開(kāi)發(fā)專(zhuān)用集成數字電路芯片ASIC.當前，國內外許多著(zhù)名廠(chǎng)商均已開(kāi)發(fā)出新一代ISP器件以及相應開(kāi)發(fā)軟件(如Synario、EXPERT、 Fundation、MAX Plus2等)。

1.4.2“自頂而下”設計方法

10年前，電子設計基本思路還是選擇標準集成電路“自底向上”(Bottom-Up)地構造出一個(gè)新系統。這樣設計方法如同一磚一瓦建造樓房，不僅效率低、成本高而且容易出錯，高層次設計給我們提供了一種“自頂向下”(Top-Down)全新設計方法，這種方法首先從系統入手，在頂層進(jìn)行功能方框圖劃分和結構設計，在方框圖一級進(jìn)行仿真、糾錯，并用硬件描述語(yǔ)言對高層系統進(jìn)行描述，在系統一級進(jìn)行驗證，然后用綜合優(yōu)化工具生成具體門(mén)電路網(wǎng)表，其對應物理實(shí)現級可以是印刷電路板或專(zhuān)用集成電路，由于設計主要仿真和調試過(guò)程是在高層次上完成，這既有利于早期發(fā)現結構設計上錯誤，避免設計工時(shí)浪費，同時(shí)也減少了邏輯功能仿真工作量，提高了設計一次成功率。

2數字電路設計

20世紀90年代以來(lái)，電子信息類(lèi)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)明顯出現兩個(gè)特點(diǎn)：一是產(chǎn)品復雜程度加深;二是產(chǎn)品上市時(shí)限緊迫。隨著(zhù)計算機性?xún)r(jià)比提高及可編程邏輯器件出現，對傳統數字電子系統設計方法進(jìn)行了解放性革命，現代電子系統設計方法是設計師自己設計芯片來(lái)實(shí)現電子系統功能，將傳統固件選用及電路板設計工作放在芯片設計中進(jìn)行。然而電路設計本質(zhì)上是基于門(mén)級描述單層次設計(主要以數字電路為主)，設計所有工作(包括設計輸入、仿真和分析、設計修改等)都是在基本邏輯門(mén)這一層次上進(jìn)行，顯然這種設計方法不能適應新形勢，為此引入一種高層次電子設計方法，也稱(chēng)為系統設計方法。