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(xiàn)一個數(shù)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(shù)字系統(tǒng) CPLD VHDL?
　　電子設計的必由之路是數(shù)字化，這已成為共識。在數(shù)字化的道路上，我國的電子技術經(jīng)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(chǎn)品正在以前所未有的速度進行著革新，主要表現(xiàn)在大規(guī)模可編程邏輯器件的廣泛應用。特別在當前，半導體工藝水平已經(jīng)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(shù)據(jù)傳輸位數(shù)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(System 0h aCh5p)片上系統(tǒng)。從而實現(xiàn)可編程片上系統(tǒng)芯片CPU(復雜可編程邏輯器件)和5PGA(現(xiàn)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(E1echonics Des5p AM?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(nèi)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(nèi)容來看，可以理解為：EDA技術是以大規(guī)模可編程邏輯器件為設計載體，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。可以實現(xiàn)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?qū)Ｓ眉尚酒DA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(chǎn)品制作之前預知產(chǎn)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(chǎn)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(xiàn)，使復雜數(shù)字系統(tǒng)設計自動化成為可能，只要用硬件描述語言將數(shù)字系統(tǒng)的行為描述正確，就可以進行該數(shù)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(chǎn)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(chǎn)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(wǎng)絡表，其對應的物理實現(xiàn)級可以是印刷電路板或?qū)Ｓ眉呻娐?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(xiàn)。由于設計的主要仿真和調(diào)試過程是在高層次上完成的，這既有利于早期發(fā)現(xiàn)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(xiàn)代電子產(chǎn)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(zhuǎn)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(jīng)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(xiàn)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(chǎn)方便的特點結合在一起，特別適合于樣品研制或小批量產(chǎn)品開發(fā)，使產(chǎn)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(zhuǎn)由掩模ASIC實現(xiàn)，因此開發(fā)風險也大為降低。可以說CPLE)／FPGA器件，已成為現(xiàn)代高層次電子設計方法的實現(xiàn)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(shù)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(xiàn)，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(diào)試。能在系統(tǒng)行為級就發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)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(shù)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(diào)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(xiàn)過程與具體生產(chǎn)工藝直接相關，因此可移植性差；只有在設計出樣機或生產(chǎn)出芯片后才能進行實泅，因而開發(fā)產(chǎn)品的周期長。而電子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(xiàn)系統(tǒng)功能。采用硬件描述語言作為設計輸入和庫(LibraIy)的引入，由設計者定義器件的內(nèi)部邏輯和管腳，將原來由電路板設計完成的大部分工作故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(shù)量，縮小系統(tǒng)體積，降低能源消耗，提高了系統(tǒng)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(diào)試。?
　　硬件描述語言 : 硬件描述語言(HDL)是一種用于進行電子系統(tǒng)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(tǒng)的邏輯功能、電路結構和連接形式。 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、R，幾級和門電路級。常用硬件描述語言有WDL、Velllq和AHDL語言。WDL語言是一種高級描述語言，適用于行為級和R，幾級的描述；Vedlq語言和ABEL語言屬于一種較低級的描述語言，適用于R，幾級和門電路級的描述。現(xiàn)在WDL和Velllq作為工業(yè)標準硬件描述語言，已得到眾多EDA公司的支持，在電子工程領域，它們已成為事實上的通用硬件描述語言，承擔幾乎全部的數(shù)字系統(tǒng)的設計任務。應用Vf進行電子系統(tǒng)設計有以下優(yōu)點：(1)與其他硬件描述語言相比，WDL具有更強的行為描述能力，強大的行為描述能力是避開具體的器件結構，從邏輯行為上描述和設計大規(guī)模電子系統(tǒng)的重要保證。(2)VHDL具有豐富的仿真語句和庫函數(shù)，使得在任何大系統(tǒng)的設計早期就能檢查設計系統(tǒng)的功能可行性，并可以隨時對系統(tǒng)進行仿真。(3)Vf語句的行為描述能力和程序結構，決定了它具有支持大規(guī)模設計的分解和對已有設計的再利用功能。(4)用Vf完成的設計，可以利用EDA工具進行邏輯綜合和優(yōu)化，并可根據(jù)不同的目標芯片自動把Vf描述設計轉(zhuǎn)變成門級網(wǎng)表，這種設計方式極大地減少了電路設計的時間及可能發(fā)生的錯誤，從而降低了開發(fā)成本。(5)Vf0L對設計的描述具有相對獨立性，可以在設計者不僵硬件結構的情況下，也不必管最終設計的目標器件是什么，而進行獨立的設計。(6)由于VI具有類屬描述語句和子程序調(diào)用等功能，所以對于已完成的設計，可以在不改變源程序的情況廠，只需改變類屬參量或函數(shù)，就能很容易地改變及計的規(guī)模和結構。
　　EDA技術的應用:電子EDA技術發(fā)展迅猛，逐漸在教學、科研、產(chǎn)品設計與制造等各方面都發(fā)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、鱗握用佃L描述系統(tǒng)邏輯的方法、使用扔A工具進行電子電路課程的模擬仿真實驗并在作畢業(yè)設計時從事簡單電子系統(tǒng)的設計，為今后工作打下基礎。具有代表性的是全國每兩年舉辦一次大學生電子設計競賽活動。在科研方面：主要利用電路仿真工具(EwB或PSPICE、VLOL等)進行電路設計與仿真；利用虛擬儀器進行產(chǎn)品調(diào)試；將O)LI)／FPGA器件的開發(fā)應用到儀器設備中。例如在CDMA無線通信系統(tǒng)中，所有移動手機和無線基站都工作在相同的頻譜，為區(qū)別不同的呼叫，每個手機有一個唯一的碼序列，CDMA基站必須能判別這些不同觀點的碼序列才能分辨出不同的傳
呼進程；這一判別是通過匹配濾波器的輸出顯示在輸人數(shù)據(jù)流中探調(diào)到特定的碼序列；FPGA能提供良好的濾波器設計，而且能完成DSP高級數(shù)據(jù)處理功能，因而FPGA在現(xiàn)代通信領域方面獲得廣泛應用。在產(chǎn)品設計與制造方面：從高性能的微處理器、數(shù)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(chǎn)品調(diào)試，而且也在P哪的制作、電子設備的研制與生產(chǎn)、電路板的焊接、朋比的制作過程等有重要作用。可以說電子EDA技術已經(jīng)成為電子工業(yè)領域不可缺少的技術支持。
　　EDA技術發(fā)展趨勢: EDA技術在進入21世紀后，由于更大規(guī)模的FPGA和凹m器件的不斷推出，在仿真和設計兩方面支持標準硬件描述語言的功能強大的EDA軟件不斷更新、增加，使電子EDA技術得到了更大的發(fā)展。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(xiàn)在以下幾個方面：使電子設計成果以自主知識產(chǎn)權的方式得以明確表達和確認成為可能；基于EDA工具的ASIC設計標準單元已涵蓋大規(guī)模電子系統(tǒng)及IP核模塊；軟硬件IP核在電子行業(yè)的產(chǎn)業(yè)領域、技術領域和設計應用領域得到進一步確認；SoC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(fā)展，電子系統(tǒng)的設計方法和設計手段都發(fā)生了很大的變化。可以說電子EDA技術是電子設計領域的一場革命。傳統(tǒng)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(xiàn)代電子系統(tǒng)設計的主流。作為高等院校有關專業(yè)的學生和廣大的電子工程師了解和攀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(fā)展的需求，只有攀握了EDA技術才有能力參與世界電子工業(yè)市場的競爭，才能生存與發(fā)展。隨著科技的進步，電子產(chǎn)品的更新日新月異，EDA技術作為電子產(chǎn)品開發(fā)研制的源動力，已成為現(xiàn)代電子設計的核心。所以發(fā)展EDA技術將是電子設計領域和電子產(chǎn)業(yè)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。特別是EDA技術在我國尚未普及，掌握和普及這一全新的技術，將對我國電子技術的發(fā)展具有深遠的意義。
　　作為一名電子硬件工程師、大專院校電子類專業(yè)的在校學生或者電子愛好者，必須掌握EIlA技術用于0U)／5PGA的開發(fā)，只有這樣才能乘上現(xiàn)代科技的快車去適應激烈競爭的環(huán)境。在現(xiàn)在和未來，EDA技術主要應用于下面幾個方面：1．高校電子類專業(yè)的實踐教學中，如實驗教學、課程設計、畢業(yè)設計、設計競賽等均可借助凹ID／5PGA器件，既使實驗設備或設計出的電子系統(tǒng)具有高可靠性，又經(jīng)濟、快速、容易實現(xiàn)、修改便利，同時可大大提高學生的實踐動手能力、創(chuàng)新能力和計算機應用能力。2．科研和新產(chǎn)品開發(fā)中，0)U)／5PGA可直接應用于小批量產(chǎn)品的芯片或作為大批量產(chǎn)品的芯片前期開發(fā)。傳統(tǒng)機電產(chǎn)品的升級換代和技術改造，0)U)／5PGA的應用可提高傳統(tǒng)產(chǎn)品的性能，縮小體積，提高技術含量和產(chǎn)品的附加值。
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