EDA工具軟件

　　分類

　　EDA工具軟件可大致可分為芯片設(shè)計輔助軟件、可編程芯片輔助設(shè)計軟件、系統(tǒng)設(shè)計輔助軟件等三類。

　　目前進入我國并具有廣泛影響的EDA軟件是系統(tǒng)設(shè)計軟件輔助類和可編程芯片輔助設(shè)計軟件：Protel、Altium Designer、PSPICE、multisim12(原EWB的最新版本)、OrCAD、PCAD、LSIIogic、MicroSim、ISE、modelsim、Matlab等等。這些工具都有較強的功能，一般可用于幾個方面，例如很多軟件都可以進行電路設(shè)計與仿真，同時還可以進行PCB自動布局布線，可輸出多種網(wǎng)表文件與第三方軟件接口。

　　下面按主要功能或主要應(yīng)用場合，分為電路設(shè)計與仿真工具、PCB設(shè)計軟件、IC設(shè)計軟件、PLD設(shè)計工具及其它EDA軟件，進行簡單介紹。

　　1、電子電路設(shè)計與仿真工具

　　我們大家可能都用過試驗板或者其他的東西制作過一些電子產(chǎn)品來進行實踐。但是有的時候，我們會發(fā)現(xiàn)做出來的東西有很多的問題，事先并沒有想到，這樣一來就浪費了我們的很多時間和物資。而且增加了產(chǎn)品的開發(fā)周期和延續(xù)了產(chǎn)品的上市時間從而使產(chǎn)品失去市場競爭優(yōu)勢。有沒有能夠不動用電烙鐵試驗板就能知道結(jié)果的方法呢?結(jié)論是有，這就是電路設(shè)計與仿真技術(shù)的各項風(fēng)洞實驗參數(shù)都輸入電腦，然后通過電腦編程編寫出一個虛擬環(huán)境的軟件，并且使它能夠自動套用相關(guān)公式和調(diào)用長期積累后輸入電腦的相關(guān)經(jīng)驗參數(shù)。這樣一來，只要把飛機的外形計數(shù)據(jù)放入這個虛擬的風(fēng)洞軟件中進行試驗，哪里不合理有問題就改動那里，直至最佳效果，效率自然高了，最后只要再在實際環(huán)境中測試幾次找找不足就可以定型了，從他們的波音747到F16都是采用的這種方法。空氣動力學(xué)方面的數(shù)據(jù)由資深專家提供，軟件開發(fā)商是IBM，飛行器設(shè)計工程師只需利用仿真軟件在計算機平臺上進行各種仿真調(diào)試工作即可。同樣，他們其他的很多東西都是采用了這樣類似的方法，從大到小，從復(fù)雜到簡單，甚至包括設(shè)計家具和作曲，只是具體軟件內(nèi)容不同。其實，他們發(fā)明第一代計算機時就是這個目的(當(dāng)初是為了高效率設(shè)計大炮和相關(guān)炮彈以及其他計算量大的設(shè)計)。

　　電子電路設(shè)計與仿真工具包括SPICE/PSPICE;multiSIM7;Matlab;SystemView;MMICAD LiveWire、Edison、Tina Pro Bright Spark等。下面簡單介紹前三個軟件。

　�、賁PICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)：是由美國加州大學(xué)推出的電路分析仿真軟件，是20世紀80年代世界上應(yīng)用最廣的電路設(shè)計軟件，1998年被定為美國國家標準。1984年，美國MicroSim公司推出了基于SPICE的微機版PSPICE(Personal-SPICE)�，F(xiàn)在用得較多的是PSPICE6.2，可以說在同類產(chǎn)品中，它是功能最為強大的模擬和數(shù)字電路混合仿真EDA軟件，在國內(nèi)普遍使用。最新推出了PSPICE9.1版本。它可以進行各種各樣的電路仿真、激勵建立、溫度與噪聲分析、模擬控制、波形輸出、數(shù)據(jù)輸出、并在同一窗口內(nèi)同時顯示模擬與數(shù)字的仿真結(jié)果。無論對哪種器件哪些電路進行仿真，都可以得到精確的仿真結(jié)果，并可以自行建立元器件及元器件庫。

　�、趍ultiSIM(EWB的最新版本)軟件：是Interactive Image Technologies Ltd在20世紀末推出的電路仿真軟件。其最新版本為multiSIM13，目前普遍使用的是multiSIM2001，相對于其它EDA軟件，它具有更加形象直觀的人機交互界面，特別是其儀器儀表庫中的各儀器儀表與操作真實實驗中的實際儀器儀表完全沒有兩樣，但它對模數(shù)電路的混合仿真功能卻毫不遜色，幾乎能夠100%地仿真出真實電路的結(jié)果，并且它在儀器儀表庫中還提供了萬用表、信號發(fā)生器、瓦特表、雙蹤示波器(對于multiSIM7還具有四蹤示波器)、波特儀(相當(dāng)實際中的掃頻儀)、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換儀、失真度分析儀、頻譜分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀和電壓表及電流表等儀器儀表。還提供了我們?nèi)粘３Ｒ姷母鞣N建模精確的元器件，比如電阻、電容、電感、三極管、二極管、繼電器、可控硅、數(shù)碼管等等。模擬集成電路方面有各種運算放大器、其他常用集成電路。數(shù)字電路方面有74系列集成電路、4000系列集成電路、等等還支持自制元器件。MultiSIM7還具有I-V分析儀(相當(dāng)于真實環(huán)境中的晶體管特性圖示儀)和Agilent信號發(fā)生器、Agilent萬用表、Agilent示波器和動態(tài)邏輯平筆等。同時它還能進行VHDL仿真和Verilog HDL仿真。

　　③MATLAB產(chǎn)品族：它們的一大特性是有眾多的面向具體應(yīng)用的工具箱和仿真塊，包含了完整的函數(shù)集用來對圖像信號處理、控制系統(tǒng)設(shè)計、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等特殊應(yīng)用進行分析和設(shè)計。它具有數(shù)據(jù)采集、報告生成和MATLAB語言編程產(chǎn)生獨立C/C++代碼等功能。MATLAB產(chǎn)品族具有下列功能：數(shù)據(jù)分析;數(shù)值和符號計算、工程與科學(xué)繪圖;控制系統(tǒng)設(shè)計;數(shù)字圖像信號處理;財務(wù)工程;建模、仿真、原型開發(fā);應(yīng)用開發(fā);圖形用戶界面設(shè)計等。MATLAB產(chǎn)品族被廣泛應(yīng)用于信號與圖像處理、控制系統(tǒng)設(shè)計、通訊系統(tǒng)仿真等諸多領(lǐng)域。開放式的結(jié)構(gòu)使MATLAB產(chǎn)品族很容易針對特定的需求進行擴充，從而在不斷深化對問題的認識同時，提高自身的競爭力。

　　2、PCB設(shè)計軟件

　　PCB(Printed-Circuit Board)設(shè)計軟件種類很多，如Protel、Altium Designer、OrCAD、Viewlogic、PowerPCB、Cadence PSD、MentorGraphices的Expedition PCB、Zuken CadStart、Winboard/Windraft/Ivex-SPICE、PCB Studio、TANGO、PCBWizard(與LiveWire配套的PCB制作軟件包)、ultiBOARD7(與multiSIM2001配套的PCB制作軟件包)等等。

　　目前在我國用得最多當(dāng)屬Protel，下面僅對此軟件作一介紹。

　　Protel是PROTEL(現(xiàn)為Altium)公司在20世紀80年代末推出的CAD工具，是PCB設(shè)計者的首選軟件。它較早在國內(nèi)使用，普及率最高，在很多的大、中專院校的電路專業(yè)還專門開設(shè)Protel課程，幾乎所在的電路公司都要用到它。早期的Protel主要作為印刷板自動布線工具使用，其最新版本為Altium Designer 10，現(xiàn)在普遍使用的是Protel99SE，它是個完整的全方位電路設(shè)計系統(tǒng)，包含了電原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號仿真、多層印刷電路板設(shè)計(包含印刷電路板自動布局布線)，可編程邏輯器件設(shè)計、圖表生成、電路表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server(客戶/服務(wù)體系結(jié)構(gòu))， 同時還兼容一些其它設(shè)計軟件的文件格式，如ORCAD、PSPICE、EXCEL等。使用多層印制線路板的自動布線，可實現(xiàn)高密度PCB的100%布通率。Protel軟件功能強大(同時具有電路仿真功能和PLD開發(fā)功能)、界面友好、使用方便，但它最具代表性的是電路設(shè)計和PCB設(shè)計。

　　3、IC設(shè)計軟件

　　IC設(shè)計工具很多，其中按市場所占份額排行為Cadence、Mentor Graphics和Synopsys。這三家都是ASIC設(shè)計領(lǐng)域相當(dāng)有名的軟件供應(yīng)商。其它公司的軟件相對來說使用者較少。中國華大公司也提供ASIC設(shè)計軟件(熊貓2000);另外近來出名的Avanti公司，是原來在Cadence的幾個華人工程師創(chuàng)立的，他們的設(shè)計工具可以全面和Cadence公司的工具相抗衡，非常適用于深亞微米的IC設(shè)計。下面按用途對IC設(shè)計軟件作一些介紹。

　�、僭O(shè)計輸入工具

　　這是任何一種EDA軟件必須具備的基本功能。像Cadence的composer，viewlogic的viewdraw，硬件描述語言VHDL、Verilog HDL是主要設(shè)計語言，許多設(shè)計輸入工具都支持HDL(比如說multiSIM等)。另外像Active-HDL和其它的設(shè)計輸入方法，包括原理和狀態(tài)機輸入方法，設(shè)計FPGA/CPLD的工具大都可作為IC設(shè)計的輸入手段，如Xilinx、Altera等公司提供的開發(fā)工具Modelsim FPGA等。

　　②設(shè)計仿真工作

　　我們使用EDA工具的一個最大好處是可以驗證設(shè)計是否正確，幾乎每個公司的EDA產(chǎn)品都有仿真工具。Verilog-XL、NC-verilog用于Verilog仿真，Leapfrog用于VHDL仿真，Analog Artist用于模擬電路仿真。Viewlogic的仿真器有：viewsim門級電路仿真器，speedwaveVHDL仿真器，VCS-verilog仿真器。Mentor Graphics有其子公司Model Tech出品的VHDL和Verilog雙仿真器：Model Sim。Cadence、Synopsys用的是VSS(VHDL仿真器)�，F(xiàn)在的趨勢是各大EDA公司都逐漸用HDL仿真器作為電路驗證的工具。

　�、劬C合工具

　　綜合工具可以把HDL變成門級網(wǎng)表。這方面Synopsys工具占有較大的優(yōu)勢，它的Design Compile是作為一個綜合的工業(yè)標準，它還有另外一個產(chǎn)品叫Behavior Compiler，可以提供更高級的綜合。

　　另外最近美國又出了一個軟件叫Ambit，據(jù)說比Synopsys的軟件更有效，可以綜合50萬門的電路，速度更快。今年初Ambit被Cadence公司收購，為此Cadence放棄了它原來的綜合軟件Synergy。隨著FPGA設(shè)計的規(guī)模越來越大，各EDA公司又開發(fā)了用于FPGA設(shè)計的綜合軟件，比較有名的有：Synopsys的FPGA Express， Cadence的Synplity， Mentor的Leonardo，這三家的FPGA綜合軟件占了市場的絕大部分。

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　　在IC設(shè)計的布局布線工具中，Cadence軟件是比較強的，它有很多產(chǎn)品，用于標準單元、門陣列已可實現(xiàn)交互布線。最有名的是Cadence spectra，它原來是用于PCB布線的，后來Cadence把它用來作IC的布線。其主要工具有：Cell3，Silicon Ensemble-標準單元布線器;Gate Ensemble-門陣列布線器;Design Planner-布局工具。其它各EDA軟件開發(fā)公司也提供各自的布局布線工具。

　�、菸锢眚炞C工具

　　物理驗證工具包括版圖設(shè)計工具、版圖驗證工具、版圖提取工具等等。這方面Cadence也是很強的，其Dracula、Virtuso、Vampire等物理工具有很多的使用者。

　　⑥模擬電路仿真器

　　前面講的仿真器主要是針對數(shù)字電路的，對于模擬電路的仿真工具，普遍使用SPICE，這是唯一的選擇。只不過是選擇不同公司的SPICE，像MiceoSim的PSPICE、Meta Soft的HSPICE等等。HSPICE現(xiàn)在被Avanti公司收購了。在眾多的SPICE中，HSPICE作為IC設(shè)計，其模型多，仿真的精度也高。

　　4、PLD設(shè)計工具

　　PLD(Programmable Logic Device)是一種由用戶根據(jù)需要而自行構(gòu)造邏輯功能的數(shù)字集成電路。目前主要有兩大類型：CPLD(Complex PLD)和FPGA(Field Programmable Gate Array)。它們的基本設(shè)計方法是借助于EDA軟件，用原理圖、狀態(tài)機、布爾表達式、硬件描述語言等方法，生成相應(yīng)的目標文件，最后用編程器或下載電纜，由目標器件實現(xiàn)。生產(chǎn)PLD的廠家很多，但最有代表性的PLD廠家為Altera、Xilinx和Lattice公司。

　　PLD的開發(fā)工具一般由器件生產(chǎn)廠家提供，但隨著器件規(guī)模的不斷增加，軟件的復(fù)雜性也隨之提高，目前由專門的軟件公司與器件生產(chǎn)廠家使用，推出功能強大的設(shè)計軟件。下面介紹主要器件生產(chǎn)廠家和開發(fā)工具。

　�、貯LTERA：20世紀90年代以后發(fā)展很快。主要產(chǎn)品有：MAX3000/7000、FELX6K/10K、APEX20K、ACEX1K、Stratix等。其開發(fā)工具-MAX+PLUS II是較成功的PLD開發(fā)平臺，最新又推出了Quartus II開發(fā)軟件。Altera公司提供較多形式的設(shè)計輸入手段，綁定第三方VHDL綜合工具，如：綜合軟件FPGA Express、Leonard Spectrum，仿真軟件ModelSim。

　�、赬ILINX：FPGA的發(fā)明者。產(chǎn)品種類較全，主要有：XC9500/4000、Coolrunner(XPLA3)、Spartan、Vertex等系列，其最大的Vertex-II Pro器件已達到800萬門。開發(fā)軟件為Foundation和ISE。通常來說，在歐洲用Xilinx的人多，在日本和亞太地區(qū)用ALTERA的人多，在美國則是平分秋色。全球PLD/FPGA產(chǎn)品60%以上是由Altera和Xilinx提供的。可以講Altera和Xilinx共同決定了PLD技術(shù)的發(fā)展方向。

　�、跮attice-Vantis：Lattice是ISP(In-System Programmability)技術(shù)的發(fā)明者。ISP技術(shù)極大地促進了PLD產(chǎn)品的發(fā)展，與ALTERA和XILINX相比，其開發(fā)工具比Altera和Xilinx略遜一籌。中小規(guī)模PLD比較有特色，大規(guī)模PLD的競爭力還不夠強(Lattice沒有基于查找表技術(shù)的大規(guī)模FPGA)，1999年推出可編程模擬器件，1999年收購Vantis(原AMD子公司)，成為第三大可編程邏輯器件供應(yīng)商。2001年12月收購Agere公司(原Lucent微電子部)的FPGA部門。主要產(chǎn)品有ispLSI2000/5000/8000，MACH4/5。

　　④ACTEL：反熔絲(一次性燒寫)PLD的領(lǐng)導(dǎo)者。由于反熔絲PLD抗輻射、耐高低溫、功耗低、速度快，所以在軍品和宇航級上有較大優(yōu)勢。ALTERA和XILINX則一般不涉足軍品和宇航級市場。

　�、軶uicklogic：專業(yè)PLD/FPGA公司，以一次性反熔絲工藝為主，在中國地區(qū)銷售量不大。

　�、轑ucent：主要特點是有不少用于通訊領(lǐng)域的專用IP核，但PLD/FPGA不是Lucent的主要業(yè)務(wù)，在中國地區(qū)使用的人很少。

　　⑦ATMEL：中小規(guī)模PLD做得不錯。ATMEL也做了一些與Altera和Xilinx兼容的片子，但在品質(zhì)上與原廠家還是有一些差距，在高可靠性產(chǎn)品中使用較少，多用在低端產(chǎn)品上。

　�、郈lear Logic：生產(chǎn)與一些著名PLD/FPGA大公司兼容的芯片，這種芯片可將用戶的設(shè)計一次性固化，不可編程，批量生產(chǎn)時的成本較低。

　�、醀SI：生產(chǎn)PSD(單片機可編程外圍芯片)產(chǎn)品。這是一種特殊的PLD，如最新的PSD8xx、PSD9xx集成了PLD、EPROM、Flash，并支持ISP(在線編程)，集成度高，主要用于配合單片機工作。

　　⑦Altium：提供Actel、Altera、Lattice和Xilinx四家PLD/FPGA器件的通用跨廠商開發(fā)平臺，最新推出了Altium Designer 10軟件中集成了Aldec HDL仿真功能。

　　順便提一下：PLD(可編程邏輯器件)是一種可以完全替代74系列及GAL、PLA的新型電路，只要有數(shù)字電路基礎(chǔ)，會使用計算機，就可以進行PLD的開發(fā)。PLD的在線編程能力和強大的開發(fā)軟件，使工程師可以幾天，甚至幾分鐘內(nèi)就可完成以往幾周才能完成的工作，并可將數(shù)百萬門的復(fù)雜設(shè)計集成在一顆芯片內(nèi)。PLD技術(shù)在發(fā)達國家已成為電子工程師必備的技術(shù)。

　　5、其它EDA軟件

　　①VHDL語言：超高速集成電路硬件描述語言(VHSIC Hardware Description Language，簡稱VHDL)，是IEEE的一項標準設(shè)計語言。它源于美國國防部提出的超高速集成電路(Very High Speed Integrated Circuit，簡稱VHSIC)計劃，是ASIC設(shè)計和PLD設(shè)計的一種主要輸入工具。

　　②Verilog HDL：是Verilog公司推出的硬件描述語言，在ASIC設(shè)計方面與VHDL語言平分秋色。

　　③其它EDA軟件如專門用于微波電路設(shè)計和電力載波工具、PCB制作和工藝流程控制等領(lǐng)域的工具，在此就不作介紹了。

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