EDA技術(shù)的電子設計要點(diǎn)及注意事項

引言

21世紀是信息的時(shí)代，各種電子技術(shù)都迅雷不及掩耳的速度更新發(fā)展，電腦、手機、DV等已成為當代生活不可缺少的一部分，這些電子產(chǎn)品的功能日漸增多，性能越來(lái)越好，價(jià)格卻有減無(wú)增，探究其原因，集成電路制造技術(shù)的發(fā)展和電子設計技術(shù)的提高是兩大主流因素，集成電路制造技術(shù)以微細加工為主，電子設計技術(shù)以EDA技術(shù)為核心。EDA技術(shù)已成為當今電子技術(shù)發(fā)展的前沿之一，這是在各技術(shù)較先進(jìn)的國家的共同努力下取得的成果，CPLD、FPGA可編程邏輯器件的應用，無(wú)疑為電子設計帶來(lái)了極大的靈活性和適用性。

1、EDA技術(shù)的概念與特征

1.1、概念

EDA技術(shù)即是電子設計自動(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的應用與集成規模的擴大為數字系統的設計帶來(lái)了極大的方便和靈活性，變革了傳統的數字系統設計理念、過(guò)程、方法。通過(guò)對PLD技術(shù)不斷地改進(jìn)提高，EDA技術(shù)應運而生。

EDA技術(shù)就是基于大規?？删幊唐骷?，以計算機為工具，根據硬件描述語(yǔ)言HDL完成表達，實(shí)現對邏輯的編譯化簡(jiǎn)、分割、布局、優(yōu)化等目標的一門(mén)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)現對硬件功能的一個(gè)描述，之后利用FPGA/CPLD才可得到最終設計結果。

1.2、特征

全新的設計方法：自頂向下

傳統的電子設計方法一般多是“自底向上”的，通俗來(lái)說(shuō)就是在確定標準的通用的集成電路芯片之后，再行模塊設計，最終完成系統設計。這種設計長(cháng)期以來(lái)存在著(zhù)難以克服的缺陷，效率不高，容易出故障，所需元器件太多，消耗大……EDA技術(shù)是對傳統電子設計方法的一種突破與變革，它的設計是“自頂向下”的，也即以系統設計為切入點(diǎn)，在設計之時(shí)就做好功能方框圖的劃分并完成各部分結構的規劃，在方框圖劃分階段完成仿真、糾錯工作，同時(shí)借助HDL完成對高層次系統的邏輯描述，經(jīng)驗證后，借助綜合的優(yōu)化工具完成電子設計，借助EDA技術(shù)，操作者可以通過(guò)利用軟件來(lái)實(shí)現對硬件功能的一個(gè)描述，之后利用FPGA/CPLD才可得到最終設計結果。

這樣，我們可以發(fā)現，不論是仿真還是調試都是在初期在一個(gè)高層次上就完成了的，如此，既有助于及時(shí)發(fā)現結構設計上可能出現的錯誤，減少設計工作中的失誤，同時(shí)有效地提高了電子設計工作效率和成功率。

1.3、獨特的描述語(yǔ)言：硬件描述語(yǔ)言

EDA技術(shù)以硬件描述語(yǔ)言HDL為系統邏輯描述的主要表達方式，那么什么是硬件描述語(yǔ)言?它是相對于一般的計算機語(yǔ)言如C、Pascsl來(lái)說(shuō)的，多應用于設計硬件電子系統，也屬計算機語(yǔ)言，它描述電子系統的邏輯功能、電路功能和連接方式。ABEL-HDL和VHDL是現今應用比較廣泛的兩種硬件描述語(yǔ)言，后者較前者應用更多。

ABEL可以支持各種方式的輸入，所謂的輸入方式就是指電路系統設計的表達方式，包括真值表、狀態(tài)圖。它的描述具有很強的獨立性，與此同時(shí)，從寬口徑到系統它都能完成描述，因而可以適應不同規模的編程設計，利用標準格式設計還可以轉換設計環(huán)境，對比VHDL來(lái)說(shuō)，它的適用面要寬許多，使用操作靈活簡(jiǎn)單，要求也要寬松，易于速成。

1.4、典型的設計：ASIC

現在電子產(chǎn)品更新極快，復雜度也在不斷提高，有時(shí)候一個(gè)看起來(lái)比較簡(jiǎn)單電子系統它的組成也許是數萬(wàn)的中小規模集成電路，這樣就使電子系統經(jīng)常遭遇耗能高、可靠性低等問(wèn)題的挑戰。ASIC芯片是對此問(wèn)題進(jìn)行改善的一個(gè)有效途徑。

它包涵了FPGA和CPLD器件，FPGA/CPLD是實(shí)現EDA的基礎，也是EDA思想的最終表述手段，屬于高密度的可編程邏輯器件，一般像樣品的研制或者是批量不大的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)它們都能適用，并且極大的縮短設計周期，削減開(kāi)銷(xiāo)，避免風(fēng)險，使產(chǎn)品能夠盡快上市。

FPGA和CPLD的結構有所不同，前者是標準的門(mén)陣列，而后者是與或陣列，但是二者的集成度及易用性都頗為相似，因而可以并駕齊驅。當然二者也有各自的特點(diǎn)，其差異表現在以下幾個(gè)方面：

(1)顆粒粗細不同。與CPLD相比，FPGA的顆粒相對細一些，它的一個(gè)顆粒只是邏輯宏單元，而CPLD的則是邏輯宏塊。

(2)適用結構不同。FPGA更適合應用于觸發(fā)器相對豐富的結構之中，CPLD比較適合應用于觸發(fā)器有限但是積項特別豐富的結構之中。

(3)編程方式不同。FPGA在邏輯門(mén)下就可以實(shí)現編程，多采用改變內部布線(xiàn)的方式，具備很強的靈活性。GPLD只有在邏輯快下才可實(shí)現變成，多采用修改已經(jīng)固定了的內連電路的邏輯功能的方式，速度更快。

(4)功能消耗不同。FPGA消耗小，CPLD消耗比較而言大一些。

2、EDA技術(shù)在電子設計中的應用

EDA技術(shù)屬于一種層次比較高的電子設計方式，也可以稱(chēng)作系統級設計方法，它以概念來(lái)驅動(dòng)，電子設計工作者并不需要利用門(mén)級原理圖，只是針對確定了的設計目標就可以實(shí)現對電路的描述，這樣一來(lái)，就少了電路細節的約束和限制，使設計可以更多的放開(kāi)從而更具創(chuàng )造性，待設計人員有了概念構思之后，再講高層次描述輸入到計算機中去，EDA系統在規則驅動(dòng)下就會(huì )自動(dòng)完成整個(gè)電子的設計。如此，新的概念就可以在段時(shí)間中就成為產(chǎn)品，基于EDA技術(shù)的電子設計流程如圖1所示：

電子設計的第一步是借助文本或者是圖形編輯工具將設計呈現出來(lái)，即實(shí)現設計描述。

第二步是借助編譯器實(shí)施錯排編譯，也即HDL程序輸入，至于選擇那種輸入形式并不一定，一般設計的原理圖比較直觀(guān)，所以不難掌握，也不難被接受，并且編輯器中可供利用的單元器件非常多，這時(shí)候就給設計者提供了根據自己需要選擇表達的方式的機會(huì )，倘使是編譯文件是VHDL文件，那么在進(jìn)行綜合之前還要進(jìn)行的一項重要工作就是仿真，就是把設計原程序送入VHDL仿真器之中，這個(gè)仿真過(guò)程可以有助于及時(shí)發(fā)現結構設計上可能出現的錯誤。

第三步就是綜合，溝通軟件和硬件設計，待綜合后，就可以生成網(wǎng)表，針對網(wǎng)表，可以實(shí)施功能仿真，從而保證設計描述嚴格遵循并符合設計意圖，仿真功能實(shí)際上只是從邏輯功能上對電子設計進(jìn)行檢測，并不涉及器件的一些硬件方面的特性，例如典型的有延遲特性，一些不甚嚴格的設計，這一層仿真通?？梢允∪?。最后一步是編程下載，通過(guò)仿真確定設計正確無(wú)誤后，利用FPGA/CPLD來(lái)完成邏輯映射操作，適配，最后利用JTAG編程器或者其它下載設計項目到目標器件PFGA之中，完成系統級設計。

3、基于EDA技術(shù)的電子設計應注意的事項

第一，考慮到電子電路延時(shí)的時(shí)間具備不確定性，和部分自動(dòng)編譯可能會(huì )為冗余的電路所簡(jiǎn)化兩個(gè)因素，將EDA技術(shù)應用于電子設計中時(shí)，不宜采用偶數個(gè)數的反向器，并以并聯(lián)的方式將它們連接以構成“延時(shí)電路”;第二，輸入引腳不能置于懸空狀態(tài)，一者要有有源信號來(lái)驅動(dòng)，再者一些不用的引腳必須時(shí)刻保持接地;第三，要切實(shí)保證各大器件的電源和地線(xiàn)引腳是始終連接著(zhù)的，且它們之間有必要進(jìn)行濾波及去耦;第四，為了使設計擴展及修改更容易更方便進(jìn)行，在使用器件的過(guò)程中，不管是邏輯單元還是引腳都要有一個(gè)多余的量;第五，環(huán)境問(wèn)題也應警惕，盡可能避免器件過(guò)熱。

總之，EDA技術(shù)是對傳統電子設計技術(shù)的一種突破與創(chuàng )新，如果失去了EDA技術(shù)的支持，是不可能順利完成出大規模集成電路設計制造的，反過(guò)來(lái)思考，現代集成電路技術(shù)發(fā)展需求對EDA技術(shù)提出了更高的要求，可以預見(jiàn)，在不久的將來(lái)，EDA技術(shù)定會(huì )成為電子設計中的主導力量。