EDA技術進行數(shù)字電路設計

隨著科學研究與技術開發(fā)市場化，采用傳統(tǒng)電子設計手段在較短時間內完成復雜電子系統(tǒng)設計，已經(jīng)越來越難完成了。EDA(Electronics Design Automation)技術是隨著集成電路和計算機技術飛速發(fā)展應運而生一種高級、快速、有效電子設計自動化工具。本文介紹了EDA技術主要特點和功能，并對將EDA技術引入到數(shù)字電路設計工作方案進行了探討。

1 EDA技術

EDA(電子線路設計座自動化)是以計算機為工作平臺、以硬件描述語言(VHDL)為設計語言、以可編程器件(CPLD/FPGA)為實驗載體、以 ASIC/SOC芯片為目標器件、進行必要元件建模和系統(tǒng)仿真電子產(chǎn)品自動化設計過程。EDA是電子設計領域一場革命，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)議開始設計電子系統(tǒng)，從電路設計，性能分析直到IC版圖或PCB版圖生成全過程均可在計算機上自動完成。EDA代表了當今電子設計技術最新發(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，對整個系統(tǒng)進行方案設計和功能劃分，由硬件描述語言完成系統(tǒng)行為級設計，利用先進開發(fā)工具自動完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布局布線、仿真及特定目標芯片適配編譯和編程下載，這被稱為數(shù)字邏輯電路高層次設計方法。

1.1 EDA軟件簡介

“EDA”就是Electronic Design Automation(電子設計自動化)，也就是能夠幫助人們設計電子電路或系統(tǒng)軟件工具，該工具可以使設計更復雜電路和系統(tǒng)成為可能。目前進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、可編程邏輯器件開發(fā)工具和電路仿真工具等幾類;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，過去只是用來進行原理圖輸入和PCB版圖設計，從Protel 98開始，加入了模擬數(shù)字混合電路仿真模塊和可編程邏輯器件設計模塊，1999年Protel推出了功能更加強大EDA綜合設計環(huán)境Protel 99，它將EDA全部內容整合為一體，成為完整EDA軟件，因而該軟件發(fā)展?jié)摿艽?，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技術主要內容

EDA技術涉及面很廣，內容豐富，從教學和實用角度看，主要應掌握如下4個方面內容：一是大規(guī)模可編程邏輯器件;二是硬件描述語言;三是軟件開發(fā)工具;四是實驗開發(fā)系統(tǒng)。其中，大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷抢肊DA技術進行電子系統(tǒng)設計載體，硬件描述語言是利用EDA技術進行電子系統(tǒng)設計主要表達手段，軟件開發(fā)工具是利用EDA技術進行電子系統(tǒng)設計智能化自動設計工具，實驗開發(fā)系統(tǒng)則是利用EDA技術進行電子系統(tǒng)設計下載工具及硬件驗證工具。

1.3 EDA技術主要特征

作為現(xiàn)代電子系統(tǒng)設計主導技術，EDA具有幾個明顯特征：

1.3.1用軟件設計方法來設計硬件

硬件系統(tǒng)轉換是由有關開發(fā)軟件自動完成，設計輸入可以是原理圖VHDL語言，通過軟件設計方式測試，實現(xiàn)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，設計整個過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設計方法又稱為基于芯片設計方法，集成化程度更高，可實現(xiàn)片上系統(tǒng)集成，進行更加復雜電路芯片化設計和專用集成電路設計，使產(chǎn)品體積小、功耗低、可靠性高;可在系統(tǒng)編程或現(xiàn)場編程，使器件編程、重構、修改簡單便利，可實現(xiàn)在線升級;可進行各種仿真，開發(fā)周期短，設計成本低，設計靈活性高。

1.3.3自動化程度高

EDA技術根據(jù)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程在計算機上自動處理完成，自動生成目標系統(tǒng)，使設計人員不必學習許多深入專業(yè)知識，也可免除許多推導運算即可獲得優(yōu)化設計成果，設計自動化程度高，減輕了設計人員工作量，開發(fā)效率高。

1.3.4自動進行產(chǎn)品直面設計

EDA技術根據(jù)設計輸入文件(HDL或電路原理圖)，自動地進行邏輯編譯、化簡、綜合、仿真、優(yōu)化、布局、布線、適配以及下載編程以生成目標系統(tǒng)，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程在計算機上自動處理完成;

1.4 EDA技術要點

1.4.1可編程邏輯器件-PLD

數(shù)字邏輯器件發(fā)展直接反映了從分立元件、中小規(guī)模標準芯片過渡到可編程邏輯器件過程。ISP技術和HDPLD器件使設計人員能夠在實驗室中方便地開發(fā)專用集成數(shù)字電路芯片ASIC.當前，國內外許多著名廠商均已開發(fā)出新一代ISP器件以及相應開發(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)地構造出一個新系統(tǒng)。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(tǒng)入手，在頂層進行功能方框圖劃分和結構設計，在方框圖一級進行仿真、糾錯，并用硬件描述語言對高層系統(tǒng)進行描述，在系統(tǒng)一級進行驗證，然后用綜合優(yōu)化工具生成具體門電路網(wǎng)表，其對應物理實現(xiàn)級可以是印刷電路板或專用集成電路，由于設計主要仿真和調試過程是在高層次上完成，這既有利于早期發(fā)現(xiàn)結構設計上錯誤，避免設計工時浪費，同時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(shù)字電路設計

20世紀90年代以來，電子信息類產(chǎn)品開發(fā)明顯出現(xiàn)兩個特點：一是產(chǎn)品復雜程度加深;二是產(chǎn)品上市時限緊迫。隨著計算機性價比提高及可編程邏輯器件出現(xiàn)，對傳統(tǒng)數(shù)字電子系統(tǒng)設計方法進行了解放性革命，現(xiàn)代電子系統(tǒng)設計方法是設計師自己設計芯片來實現(xiàn)電子系統(tǒng)功能，將傳統(tǒng)固件選用及電路板設計工作放在芯片設計中進行。然而電路設計本質上是基于門級描述單層次設計(主要以數(shù)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)都是在基本邏輯門這一層次上進行，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，也稱為系統(tǒng)設計方法。