1 前言

EDA是電子設計自動化（Electronic Design Automation）的縮寫。它是一門正在高速發展的新技術，是以大規模可編程邏輯器件為設計載體以硬件描述語言為系統邏輯描述的主要表達方式，以計算機、大規模可編程邏輯器件的開發軟件及實驗開發系統為設計工具，通過有關的開發軟件，自動完成用軟件的方式設計電子系統到硬件系統的一門新技術。可以實現邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合及優化，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或專用集成芯片。

2 EDA技術的概念和基本特點

EDA技術是伴隨著計算機、集成電路、電子系統的設計發展起來的至今已有30多年的歷程，大致可以分為三個發展階段，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布線，使得設計師從傳統高度重復繁雜的繪圖勞動中解脫出來。20世紀80年代的CAED（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，使設計能在產品制作之前預知產品的功能與性能。20世紀90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、系統仿真和綜合技術為特點，采尉‘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的軟件工具。該工具可以在電子產品的各個設計階段發揮作用，使設計更復雜的電路和系統成為可能。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設計自動化成為可能只要用硬件描述語言將數字系統的行為描述正確，就可以進行該數字系統的芯片設計與制造。

EDA代表了當今電子設計技術的最新發展方向，利用EDA工具電子設計師可以從概念、算法、協議等開始設計電子系統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版圖的整個過程在計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，這種設計方法首先從系統設計入手，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行為進行描述，在系統一級進行駛證;然后用綜合優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。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軟件來完成對系統硬件功能的實現。隨著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。隨著現代電子產品的復雜度和集成度的日益提高，一般的中小規模集成電路組合己不能滿足要求電路設計逐步地從中小規模芯片轉為大規模、超大規模芯片，具有高速度、高集成度、低功耗的可編程器件己蓬勃發展起來。

硬件描述語言（HDL）是一種用于進行電子系統硬件設計的計算機高級語言，它采用軟件的設計方法來描述電子系統的邏輯功能、電路結構和連接形式。硬件描述語言是EDA技術的重要組成部分，是EDA設計開發中很重要的軟件工具。VHDL即超高速集成電路硬件描述語言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，提高了設計可靠性，用VHDL進行電子系統設計的一個很大的優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與工藝有關的因素花費過多的時間和精力。硬件描述語言可以在三個層次上進行電路描述，其層次由高到低，分為行為級、幾級和門電路級。應用VHDL進行電子系統設計有以下優點：（1）VHDL的寬范圍描述能力使它成為高層次設計的核心，將設計人員的工作重心提高到了系統功能的實現與調試只需花較少的精力用于物理實現。（2）VHDL可以用簡潔明確的代碼描述來進行復雜控制邏輯的設計，靈活且方便，而且也便于設計結果的交流、保存和重用。（3）VHDL的設計不依賴于特定的器件，方便了工藝的轉換。（4）VHDL是一個標準語言，為眾多的EDA廠商支持，因此移植性好。

將EDA技術與傳統電子設計方法進行比較可以看出，傳統的數字系統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現，因而開發產品的周期長。而EDA技術則有很大不同，采用可編程器件，通過設計芯片來實現系統功能。采用硬件描述語言作為設計輸入和庫的引入，設計者定義器件的內部邏輯和管腳，將原來由電路板設計完成的大部分工作改在芯片的設計中進行。由于管腳定義的靈活性，大大減輕了電路圖設計和電路板設計的工作量和難度，有效增強了設計的靈活性，提高了工作效率。并且可減少芯片的數量，縮小系統體積，降低能源消耗，提高了系統的性能和可靠性。能全方位地利用計算機自動設計、仿真和調試。

3 EDA技術的應用和發展趨勢

EDA技術發展迅猛逐漸在教學、科研、產品設計與制造等各方面都發揮著巨大的作用。

在教學方面：幾乎所有理工科（特別是電子信息）類的高校都開設了EDA課程。主要是讓學生了解EDA的基本原理和基本概念、掌握用VHDL描述系統邏輯的方法、使用EDA工具進行電子電路課程的模擬仿真實驗。如實驗教學、課程設計、畢業設計、設計競賽等均可借助CPLD/FPGA器件，使實驗設備或設計出的電子系統具有高可靠性，又經濟、快速、容易實現、修改便利，同時可大大提高學生的實踐動手能力、創新能力和計算機應用能力。

在科研方面：主要利用電路仿真工具進行電路設計與仿真;利用虛擬儀器進行產品調試;將CPLD/FPGA器件的開發應用到儀器設備中，CPLD/FPGA可直接應用于小批量產品的芯片或作為大批量產品的芯片前期開發。傳統機電產品的升級換代和技術改造，CPLD/FPGA的應用可提高傳統產品的性能縮小體積，提高技術含量和產品的附加值。作為高等院校有關專業的學生和廣大的電子工程師了解和掌握這一先進技術是勢在必行，這不僅是提高設計效率的需要。更是時代發展的需求，只有掌握了EDA技術才有能力參與世界電子工業市場的競爭爭能生存與發展。隨著科技的進步，電子產品的更新日新月異，EDA技術作為電子產品開發研制的源動力，己成為現代電子設計的核心。所以發展EDA技術將是電子設計領域和電子產業界的一場重大的技術革命，同時也對電類課程的教學和科研提出了更深更高的要求。

在產品設計與制造方面：從高性能的微處理器、數字信號處理器一直到彩電、音響和電子玩具電路等，EDA技術不單是應用于前期的計算機模擬仿真、產品調試，而且也在PCB的制作、電子設備的研制與生產、電路板的焊接、制作過程等有重要作用。可以說EDA技術已經成為電子工業領域不可缺少的技術支持。

進入21世紀后，電子技術全方位納入EDA領域，EDA使得電子領域各學科的界限更加模糊，更加互為包容，突出表現在以下幾個方面：使電子設計成果以自主知識產權的方式得以明確表達和確認成為可能;基于EDA工具的ASIC設計標準單元己涵蓋大規模電子系統及IP核模塊;軟硬件IP核在電子行業的產業領域、技術領域和設計應用領域得到進一步確認;soC（System-on-Chip）高效低成本設計技術的成熟。隨著半導體技術、集成技術和計算機技術的迅猛發展，電子系統的設計方法和設計手段都發生了很大的變化。傳統的‘固定功能集成塊十連線”的設計方法正逐步地退出歷史舞臺而基于芯片的設計方法正成為現代電子系統設計的主流。

4 結束語

EDA技術是電子設計領域的一場革命，目前正處于高速發展階段，每年都有新的EDA工具問世，我國EDA技術的應用水平長期落后于發達國家，因此作為一名電子硬件工程師、大專院校電子類專業的在校學生或者電子愛好者，必須掌握EDA技術用于CPLD/FPGA的開發，只有這樣才能跟上現代科技的快車去適應激烈競爭的環境。