EDA技術(shù)在現代電子領(lǐng)域的發(fā)展與應用

EDA技術(shù)是20世紀90年代初迅速發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新技術(shù)，代表了當今電子設計的最新發(fā)展方向，其是以計算機為工作平臺，融合了應用電子技術(shù)、計算機技術(shù)、智能化技術(shù)等多種技術(shù)來(lái)實(shí)現電子產(chǎn)品的自動(dòng)化設計。EDA技術(shù)也是高度發(fā)達的信息化社會(huì )發(fā)展的必然趨勢，其應用也越來(lái)越廣泛，主要電子產(chǎn)業(yè)包括：通信工業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)、半導體工業(yè)、電子零組件工業(yè)、消費性電子工業(yè)、光電及儀表工業(yè)等行業(yè)，是現代電子設計的核心，在現代電子電路設計中起著(zhù)非常重要的作用。

1 EDA技術(shù)的發(fā)展

隨著(zhù)大規模集成電路技術(shù)、計算機技術(shù)和電子系統設計技術(shù)的不斷發(fā)展，EDA技術(shù)的含量正以驚人的速度上升，其產(chǎn)生和發(fā)展，使產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期大大縮短，且性能和價(jià)格比得到很大程度的提高。歸納起來(lái)其發(fā)展主要分為四個(gè)階段：

(1)70年代為計算機輔助設計(CAD)階段。人們開(kāi)始用計算機輔助進(jìn)行IC版圖編輯、PCB布局布線(xiàn)，取代了手工操作。

(2)80年代為計算機輔助工程(CAE)階段。與CAD相比，CAE除了有純粹的圖形繪制功能外，又增加了電路功能設計和結構設計，并且通過(guò)電氣連接網(wǎng)絡(luò )表將兩者結合在一起，實(shí)現了工程設計。CAE的主要功能是：原理圖輸入，邏輯仿真，電路分析，自動(dòng)布局布線(xiàn)，PCB后分析。

(3)90年代為電子系統設計自動(dòng)化(EDA)階段。

(4)現代EDA技術(shù)就是以計算機為工具，在EDA軟件平臺上，根據硬件描述語(yǔ)言HDL完成的設計文件，能自動(dòng)地完成用軟件方式描述的電子系統到硬件系統的邏輯編譯、邏輯化簡(jiǎn)、邏輯分割、邏輯綜合及優(yōu)化、布局布線(xiàn)、邏輯仿真，直至完成對于特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。

2 EDA技術(shù)的主要內容

ESDA代表了當今電子設計技術(shù)的最新發(fā)展方向，其基本特征是：設計人員按照“自頂向下”的設計方法，對整個(gè)系統進(jìn)行方案設計和功能劃分，系統的關(guān)鍵電路用一片或幾片專(zhuān)用集成電路(ASIC)實(shí)現，然后采用硬件描述語(yǔ)言(HDL)完成系統行為級設計，最后通過(guò)綜合器和適配器生成最終的目標器件。這樣的設計方法被稱(chēng)為高層次的電子設計方法。

“自頂向下”(Top-Down)的全新設計方法，首先從系統設計人手，在頂層進(jìn)行功能方框圖的劃分和結構設計。在方框圖一級進(jìn)行仿真、糾錯，并用硬件描述語(yǔ)言對高層次的系統行為進(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)電路的網(wǎng)表，其對應的物理實(shí)現級可以是印刷電路板或專(zhuān)用集成電路。由于設計的主要仿真和調試過(guò)程是在高層次上完成的，這一方面有利于早期發(fā)現結構設計上的錯誤，避免設計工作的浪費，同時(shí)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。

現代電子產(chǎn)品的復雜度日益加深，一個(gè)電子系統可能由數萬(wàn)個(gè)中小規模集成電路構成，這就帶來(lái)了體積大，功耗大，可靠性差的問(wèn)題，解決這一問(wèn)題的有效方法就是采用ASIC(Application Specific Integrated Circuits)芯片進(jìn)行設計。ASIC按照設計方法的不同可分為：全定制ASIC，半定制ASIC，可編程ASIC(也稱(chēng)為可編程邏輯器件)。

在設計全定制ASIC芯片時(shí)，設計師要定義芯片上所有晶體管的幾何圖形和工藝規則，最后將設計結果交由lC廠(chǎng)家掩膜制造完成。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是：芯片可以獲得最優(yōu)的性能，即面積利用率高、速度快、功耗低;缺點(diǎn)是：開(kāi)發(fā)周期長(cháng)，費用高，只適合大批量產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。

半定制ASIC芯片的版圖設計方法有所不同，分為門(mén)陣列設計法和標準單元設計法，這兩種方法都是約束性的設計方法，其主要目的就是簡(jiǎn)化設計，以犧牲芯片性能為代價(jià)來(lái)縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。

可編程邏輯芯片與上述掩膜ASIC的不同之處在于：設計人員完成版圖設計后，在實(shí)驗室內就可以燒制出自己的芯片，無(wú)須IC廠(chǎng)家的參與，大大縮短了開(kāi)發(fā)周期。

硬件描述語(yǔ)言(HDL-Hardware Description Language)是一種用于設計硬件電子系統的計算機語(yǔ)言，其用軟件編程的方式來(lái)描述電子系統的邏輯功能、電路結構和連接形式，與傳統的門(mén)級描述方式相比，它更適合大規模系統的設計。VHDL是一種全方位的硬件描述語(yǔ)言，包括系統行為級、寄存器傳輸級和邏輯門(mén)級多個(gè)設計層次，支持結構、數據流、行為三種描述形式的混合描述，因此VHDL幾乎覆蓋了以往各種硬件描述語(yǔ)言的功能，整個(gè)自頂向下或自底向上的電路設計過(guò)程都可以用VHDL來(lái)完成。

3 EDA技術(shù)的應用

EDA技術(shù)近年來(lái)的發(fā)展非常迅速，在教學(xué)，科研，通信、國防、航天、醫學(xué)、工業(yè)自動(dòng)化、計算機應用、儀器儀表等領(lǐng)域的電子系統設計工作中，發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越重要的作用。

(1)在教學(xué)方面

理工科(特別是電子信息工程)類(lèi)的高校幾乎都開(kāi)設了EDA課程。主要是讓學(xué)生了解EDA的基本原理和基本概念，掌握用VHDL硬件描述語(yǔ)言描述系統邏輯的方法，使用仿真軟件工具進(jìn)行電子電路課程的模擬仿真實(shí)驗并在畢業(yè)設計時(shí)讓學(xué)生從事簡(jiǎn)單電子系統的設計，為今后工作打下基礎。

(2)在科研方面

主要利用電路仿真工具進(jìn)行電路設計與仿真;利用虛擬儀器進(jìn)行產(chǎn)品調試;將FPGA器件的開(kāi)發(fā)應用到儀器設備中。在CDMA無(wú)線(xiàn)通信系統中，所有移動(dòng)手機和無(wú)線(xiàn)基站都工作在相同的頻譜，為區別不同的呼叫，每個(gè)手機有一個(gè)唯一的碼序列，CDMA基站必須能判別這些不同觀(guān)點(diǎn)的碼序列才能分辨出不同的傳呼進(jìn)程;這一判別是通過(guò)匹配濾波器的輸出顯示在輸人數據流中探測到特定的碼序列;FPGA能提供良好的濾波器設計，而且能完成DSP高級數據的處理功能，因而FPGA在現代通信領(lǐng)域中得到廣泛應用。

(3)在產(chǎn)品設計與制造方面

從高性能的微處理器、數字信號處理器一直到彩電、音響和電子電路等，EDA技術(shù)不單是應用于前期的計算機模擬仿真，產(chǎn)品調試，而且在電子設備的研制與生產(chǎn)，電路板的焊接過(guò)程中也起著(zhù)很重要的作用?？梢哉f(shuō)EDA技術(shù)已經(jīng)成為電子工業(yè)領(lǐng)域不可或缺的重要組成部分。

4 結束語(yǔ)

隨著(zhù)微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)日新月異，EDA技術(shù)已經(jīng)成為現代電子設計的核心，其發(fā)展將是電子設計領(lǐng)域和電子產(chǎn)業(yè)的一場(chǎng)重大的技術(shù)革命，同時(shí)，也對電子專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)和科研提出了更深更高的要求。掌握和普及EDA技術(shù)，將對我國電子技術(shù)的發(fā)展具有重要而深遠的意義。