EDA技術及其應用

摘要：在簡要介紹了EDA技術特點的基礎—L，用EDA技術作為開發(fā)手段，實現一個數字系統(tǒng)的設計。系統(tǒng)采用了頂層圖形設計思想，基于硬件描述語言AI扔L，以可編程器件為核心，具有體積小、可靠性高、靈活性強等特點。并比較了EnA技術與傳統(tǒng)電子設計方法的差異，總結出別rA技術的優(yōu)勢。

關鍵詞：EDA數字系統(tǒng)CPLDVHDL

　　電子設計的必由之路是數字化，這已成為共識。在數字化的道路上，我國的電子技術經歷了一系列重大的變革。從應用小規(guī)模集成電路構成電路系統(tǒng)，到廣泛地應用微控制器或單片機(MCU)，在電子系統(tǒng)設計上發(fā)生了具有里程碑意義的飛躍。電子產品正在以前所未有的速度進行著革新，主要表現在大規(guī)�？删幊踢壿嬈骷�的廣泛應用。特別在當前，半導體工藝水平已經達到深亞微米，芯片的集成高達到干兆位，時鐘頻率也在向干兆赫茲以上發(fā)展，數據傳輸位數達到每秒幾十億次，未來集成電路技術的發(fā)展趨勢將是SOC(System0haCh5p)片上系統(tǒng)。從而實現可編程片上系統(tǒng)芯片CPU(復雜可編程邏輯器件)和5PGA(現場可編程門陣列)必將成為今后電子系統(tǒng)設計的一個發(fā)展方向。所以電子設計技術發(fā)展到今天，又將面臨另一次更大意義的突破，5PGA在EDA(電子設計自動化)基礎上的廣泛應用。
　　EDA技術的概念:EDA是電子設計自動化(E1echonicsDes5pAM·toM60n)的縮寫。由于它是一門剛剛發(fā)展起來的新技術，涉及面廣，內容豐富，理解各異，所以目前尚無一個確切的定義。但從EDA技術的幾個主要方面的內容來看，可以理解為：EDA技術是以大規(guī)�？删幊踢壿嬈骷�為設計載體，以硬件描述語言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達方式，以計算機、大規(guī)模可編程邏輯器件的開發(fā)軟件及實驗開發(fā)系統(tǒng)為設計工具，通過有關的開發(fā)軟件，自動完成用軟件的方式設計電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的一門新技術�？梢詫崿F邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合及優(yōu)化，邏輯布局布線、邏輯仿真。完成對于特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射、編程下載等工作，最終形成集成電子系統(tǒng)或專用集成芯片。EDA技術是伴隨著計算機、集成電路、電子系統(tǒng)的設計發(fā)展起來的，至今已有30多年的歷程。大致可以分為三個發(fā)展階段。20世紀70年代的CAD(計算機輔助設計)階段：這一階段的主要特征是利用計算機輔助進行電路原理圖編輯，PCB布同布線，使得設計師從傳統(tǒng)高度重復繁雜的繪圖勞動中解脫出來。20世紀80年代的QtE(計算機輔助工程設計)階段：這一階段的主要特征是以邏輯摸擬、定時分析、故障仿真、自動布局布線為核心，重點解決電路設計的功能檢測等問題，使設計而能在產品制作之前預知產品的功能與性能。20吐紀如年代是EDA(電子設計自動化)階段：這一階段的主要特征是以高級描述語言，系統(tǒng)級仿真和綜合技術為特點，采用“自頂向下”的設計理念，將設計前期的許多高層次設計由EDA工具來完成。EDA是電子技術設計自動化，也就是能夠幫助人們設計電子電路或系統(tǒng)的軟件工具。該工具可以在電子產品的各個設計階段發(fā)揮作用，使設計更復雜的電路和系統(tǒng)成為可能。在原理圖設計階段，可以使用EDA中的仿真工具論證設計的正確性；在芯片設計階段，可以使用EDA中的芯片設計工具設計制作芯片的版圖：在電路板設計階段，可以使用EDA中電路板設計工具設計多層電路板。特別是支持硬件描述語言的EDA工具的出現，使復雜數字系統(tǒng)設計自動化成為可能，只要用硬件描述語言將數字系統(tǒng)的行為描述正確，就可以進行該數字系統(tǒng)的芯片設計與制造。有專家認為，21世紀將是四A技術的高速發(fā)展期，EDA技術將是對21世紀產生重大影響的十大技術之一。
　　EDA技術的基本特征:EDA代表了當今電子設計技術的最新發(fā)展方向，利用EDA工具，電子設計師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設計電子系統(tǒng)，大量工作可以通過計算機完成，并可以將電子產品從電路設計、性能分析到設計出IC版圖或PCB版圖的整個過程在汁算機上自動處理完成。設計者采用的設計方法是一種高層次的”自頂向下”的全新設計方法，這種設汁方法首先從系統(tǒng)設計人手，在頂層進行功能方框圖的劃分和結構設計。在方框圖一級進行仿真、糾錯．并用硬件描述語言對高層次的系統(tǒng)行為進行描述，在系統(tǒng)一級進行駛證。然后，用綜合優(yōu)化工具生成具體門電路的網絡表，其對應的物理實現級可以是印刷電路板或專用集成電路(ASIC)。設計者的工作僅限于利用軟件的方式，即利用硬件描述語言和EDA軟件來完成對系統(tǒng)硬件功能的實現。由于設計的主要仿真和調試過程是在高層次上完成的，這既有利于早期發(fā)現結構設計上的錯誤，避免設計工作的浪費，又減少了邏輯功能仿真的工作量，提高了設計的一次性成功率。由于現代電子產品的復雜度和集成度的日益提高，一般分離的中小規(guī)模集成電路組合已不能滿足要求，電路設計逐步地從中小規(guī)模芯片轉為大規(guī)模、超大規(guī)模芯片，具有高速度、高集成度、低功耗的可編程朋IC器件已蓬勃發(fā)展起來。在EDA技術中所用的大規(guī)模、超大規(guī)模芯片被稱為可編程ASIC芯片，這些可編程邏輯器件自70年代以來，經歷了CPm、IzPGA、CPLD、FPGA幾個發(fā)展階段，其中CPm(復雜可編程邏輯器件)／IzPGA(現場可編程邏輯器件)肩高密度可編程邏輯器件，目前集成度已高達200萬門／片以上，它將掩模ASIC集成度高的優(yōu)點和可編程邏輯器件設計生產方便的特點結合在一起，特別適合于樣品研制或小批量產品開發(fā)，使產品能以最快的速度上市，而當市場擴大時，它可以很容易地轉由掩模ASIC實現，因此開發(fā)風險也大為降低�？梢哉fCPLE)／FPGA器件，已成為現代高層次電子設計方法的實現裁體。硬件描述語言(HDL)是EDA技術的重要組成部分，是EDA設計開發(fā)中的很重要的軟件工具，VHDL即：超高速集成電路硬件描述語言，仍量凡是作為電子設計主流硬件的描述語言。它具有很強的電路描述和建模能力，能從多個層次對數字系統(tǒng)進行建模和描述，從而大大簡化了硬件設計任務，提高了設計較串和可靠性，用V佃L進行電子系統(tǒng)設計的一個很大的優(yōu)點是設計者可以專心致力于其功能的實現，而不需要對不影響功能的與工藝有關的因素花費過多的時間和精力。例如一個32位的加法器，利用圖形輸入軟件需要輸入500至1刪個門，而利用VHDL語言只需要書寫一行“A＝B十C”即可。使用硬件描述語言(HDL)可以用模擬仿真的方式完成以前必須設計和制作好的樣機上才能進行的電子電路特性的說明和調試。能在系統(tǒng)行為級就發(fā)現可能出現的錯誤、問題，并加以多次反復修改論證，避免了物理級器件的損傷和多次制作，節(jié)約了時間和開發(fā)成本，縮短了電子系統(tǒng)開發(fā)的周期。將EDA技術與傳統(tǒng)電子設計方法進行比較可以看出，傳統(tǒng)的數字系統(tǒng)設計只能在電路板上進行設計，是一種搭積木式的方式，使復雜電路的設計、調試十分困難；如果某一過程存在錯誤．查找和修改十分不便；對于集成電路設計而言，設計實現過程與具體生產工藝直接相關，因此可移植性差；只有在設計出樣機或生產出芯片后才能進行實泅，因而開發(fā)產品的周期長。而電子EDA技術則有很大不同，采用

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