解析EDA技术的基本特征及应用

在现代电子设计领域，随着微电子技术的迅猛发展，无论是电路设计、系统设计还是芯片设计，其设计的复杂程度都在不断地增加，而且电子产品更新换代的步伐也越来越快。此时，仅仅依靠传统的手工设计方法已经不再满足要求，而电子设计自动化（EDA）技术的发展给电子系统设计带来了革命性的变化，大部分设计工作都可以在计算机上借助EDA工具来完成。

1、EDA技术的基本特征

EDA技术是一门涉及计算机图形学、微电子工艺等学科的综合性技术，随着计算机、集成电路、电子系统设计的发展，经历了一个由浅到深的过程。

从20世纪60年代中期开始的CAD阶段，人们就利用各种计算机辅助设计工具来取代了手工操作，由于受到计算机工作平台的制约，其支持的设计工作有限，性能比较差。20世纪80年代的CAE阶段，人们采用统一的数据管理技术将各个工具集成为一个系统，提供标准元件库，但是，大部分从原理图出发的CAE工具仍然不能适应复杂电子系统的要求，而且具体的元件图形也制约着优化设计。20世纪90年代以来的ESDA阶段，电子工艺水平已经达到了深亚微米级，芯片的工作频率达到GHz级，在这一阶段，出现了以硬件描述语言、系统级仿真和综合技术为基本特征的第三代EDA技术，它使设计师们摆脱了大量的具体设计工作，而把精力集中于创造性的方案与概念构思上，从而极大地提高了系统设计的效率，缩短了产品的研制周期。

现代EDA技术是采用高级语言描述，具有系统级仿真和综合能力。它主要采用并行工程和“自顶向下”的设计方法，使开发者从一开始就要考虑到产品生成周期的诸多方面，包括质量、成本、开发时间及用户的需求等，然后从系统设计人手，在顶层进行功能方框图的划分和结构设计，在方框图一级进行仿真、纠错、并用VHDL，Verilog一HDL，ABEL等硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述，在系统一级进行验证，然后再用逻辑综合优化工具生成具体的门级逻辑电路的网表，其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路。近几年来，硬件描述语言等设计数据格式的逐步标准化，在不同设计风格和应用的要求方面，导致各具特色的EDA工具被集成在同一工作站上，从而使EDA框架日趋标准化。

2、EDA技术的必要性

目前中国正在从“中国制造”走向“中国创造”，党的十六大提出“优先发展信息产业”，随着电子技术的飞速发展，特别是集成电路的出现，使电子电路逐步告别分立元件时代，向小型化、集成化方向发展，要开发拥有我国自主知识产权的硬件电路，就必须进行ASIC，SOC的设计，就必须使用EDA工具。但我国EDA技术的研究和应用起步较晚、水平很低，在EDA的总体应用能力方面与世界发达国家相比，表现为专业人才紧缺、缺乏成熟化的整合性集成设计环境，专业人员培训上的落后，导致在技术创新、信息化水平等关键方面的国际竞争力与跨国公司还有较大差距。

在设计方法上，设计者采用一种高层次的“自顶向下”的全新设计方法，与过去选择标准集成电路“自底向上”地构造出一个新的系统相比，由于设计的主要仿真和调试过程是在高层次上完成的，这不仅有利于早期发现结构设计上的错误，避免设计工作的浪费，而且也减少了逻辑功能仿真的工作量，避免设计效率低、成本高、容易出错，提高了设计的一次成功率。近几年来随着信息时代的到来，“信息交互”和“信息处理”两类的应用使数字化产品需求日益旺盛，通信、多媒体等市场需要增大，SOC芯片在中高档方面将取代传统意义上的CPU，满足人们以GUI屏幕为中心的多媒体界面与信息终端交互的需求。

各种新器件、新技术、新方法迭出无穷，人们开发的电子系统也越来越庞大、越来越复杂、要求也越来越高，要分析和设计复杂的电子系统，人工的方法已不适用，为适应这种现状，日趋完善的EDA技术正在逐步取代传统的电子设计方法。对更低成本、更低功耗的无止境追求和越来越短的产品上市压力，迫使IC供应商不断开发系统芯片，而这些系统芯片的复杂性设计更加依赖于EDA技术，EDA是目前最新最全面的电子设计技术及工具，它的出现为电子设计工作者提供了一种全新的设计方法。因此，掌握EDA技术，是走向市场、走向社会、走向国际的基本技能。

3、EDA技术在实践技能中的应用

下面以Alter公司的可编程器件开发工具MAX+plusII为平台〔1-2），采用层次化设计方法，设计一个十字路口的交通信号灯的控制电路。

3.1交通管理器的设计

本设计采用层次描述方式，也采用原理图输人和文本输人混合方式建立描述文件。图I是交通管理器顶层图形输人文件，它用原理图形式表明系统的组成，即系统由控制器和3个定时计数器组成;3个定时计数器的模分别为26，5和30a在顶层图形文件中的各模块，其功能用第=层次VHDL源文件描述。

编辑器将顶层图形文件和第=层次功能块VHDL输人文件相结合并编译，确定正确无误后，即可产生交通管理器的目标文件。

3.2波形仿真

对源程序进行编译，检查语法，检查逻辑功能是否正确，经验证此例的系统逻辑功能正确，其交通管理器的仿真波形。可以看出，首先是甲道禁止（r1为高电平），乙道通行（薛为高电平）;经过30s后，转换成甲道禁止（rl为高电平），乙道停车（舜为高电平）;经过5s后，转换成甲道通行（g1为高电平），乙道禁止（r2为高电平）;经过26s后，转换成甲道停车（y1为高电平），乙道禁止（r2为高电平）;再经过5s后，再次转换成甲道禁止（rl为高电平），乙道通行（夕为高电平）状态，完成一个工作循环。

4、结论与展望

本文创新点：电子系统的设计输人可以用原理图、波形、VHDL语言等方式输人，下载配置前的整个过程几乎不涉及到整个硬件，而硬件设计的修改也如同修改软件程序一样快捷方便，即通过软件方式的设计与测试，达到对特定功能的硬件电路的设计实现。它能辅助技术人员进行快速、正确的产品设计，真正做到“设计即正确”。

与此同时，EDA环境也将不断进步，以适应系统开发的需要，一些新兴的EDA公司还提供出了重点发展C++语言、标准单元库和网上设计服务等新的发展策略，并且开发基于C++语言的硬件描述工具，采用C++为设计语言，不但运行速度比HDL快2-3个数量级，而且可为IP供应商提供知识产权保护，这些又为EDA技术的发展注人了新的活力。
       责任编辑：tzh

计算机图形学系统设计基本特征技术

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