一、引言

20世紀(jì)末，電子技術(shù)得到了飛速發(fā)展，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）技術(shù)，加速了現(xiàn)代高科技發(fā)展的進(jìn)程，從微電子技術(shù)、微電腦技術(shù)到信息技術(shù)、宇航技術(shù)等廣泛領(lǐng)域，日益顯示出其強(qiáng)大的功能和不可替代的重要作用，在電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上產(chǎn)生了具有里程碑意義的飛躍，為大規(guī)?？?a target="_blank">編程邏輯器件的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

二、EDA概念及發(fā)展歷程

EDA是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（Electronic Design Automation）的英文縮寫。EDA技術(shù)就是以大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷鳛樵O(shè)計(jì)載體，依賴計(jì)算機(jī)，在EDA工具軟件平臺(tái)上，對(duì)硬件描述語言VHDL為系統(tǒng)邏輯描述手段完成的設(shè)計(jì)文件。自動(dòng)完成邏輯化簡、邏輯編譯、邏輯分割、邏輯綜合、布局布線，以及邏輯優(yōu)化和仿真測(cè)試。完成對(duì)特定目標(biāo)芯片的一門新技術(shù)。

三、EDA技術(shù)特征

現(xiàn)代EDA技術(shù)的基本特征是采用高級(jí)語言描述，具有系統(tǒng)級(jí)仿真和綜合能力。利用EDA工具，電子設(shè)計(jì)師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)，大量工作可以通過計(jì)算機(jī)完成。設(shè)計(jì)者主要采用并進(jìn)行工作和自頂向下的設(shè)計(jì)方法，然后從系統(tǒng)設(shè)計(jì)入手，在頂層進(jìn)行功能方框圖的劃分和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在方框圖一級(jí)進(jìn)行仿真、糾錯(cuò)，并用VHDL、venrilogHDL、ABEL等硬件描述語言對(duì)高層次的系統(tǒng)行為進(jìn)行描述，在系統(tǒng)一級(jí)進(jìn)行驗(yàn)證，最后通過綜合器和適配器生成最終的目標(biāo)器件。設(shè)計(jì)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(duì)系統(tǒng)硬件功能的實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)的主要仿真和調(diào)試過程在高層次完成，有利于早期發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的錯(cuò)誤。避免了設(shè)計(jì)工作的浪費(fèi)，減少了工作量，提高了設(shè)計(jì)的一次性成功率。

在EDA技術(shù)中所用的大規(guī)模、超大規(guī)模芯片被稱為可編程ASIC芯片，自70年代以來，經(jīng)歷了CPM、CPLD、FPGA幾個(gè)發(fā)展階段，其中CPM（復(fù)雜可編程邏輯器件）/FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件）屬高密度可編程邏輯器件，集成度高達(dá)200萬門/片以上，它將掩膜AsIC集成度高的優(yōu)點(diǎn)和可編程邏輯器件設(shè)計(jì)生產(chǎn)方便的特點(diǎn)結(jié)合在一起，特別適合于樣品研制和小批量產(chǎn)品開發(fā)，是目前使用最為廣泛的主流產(chǎn)品，具有極大的靈活性和通用性，成為可編程專用IC。允許用戶在系統(tǒng)中編程和修改邏輯設(shè)計(jì)，給使用者提供了在不修改系統(tǒng)硬件的條件下重構(gòu)系統(tǒng)的能力和硬件升級(jí)能力。使硬件修改變得像軟件修改一樣方便。當(dāng)產(chǎn)品定型和產(chǎn)量擴(kuò)大后，可將在生產(chǎn)中得到充分檢驗(yàn)并多次修改完善的電子設(shè)計(jì)迅速地進(jìn)行ASIC投產(chǎn)。

四、基干VHDL的自頂向下的設(shè)計(jì)方法

硬件描述語言是一種用于電子系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)高級(jí)語言，它采用軟件的方法來描述電子系統(tǒng)的邏輯功能，電路結(jié)構(gòu)和連接形式。VHDL語言作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言，已得到眾多EDA公司的支持，在電子工程領(lǐng)域，已成為通用硬件描述語言，承擔(dān)幾乎全部數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)。V|ⅢL支持各種模式的設(shè)計(jì)方法，使設(shè)計(jì)者可以專心致志于其功能的實(shí)現(xiàn)。而不需要對(duì)不影響功能的與工藝有關(guān)的因素花費(fèi)過多時(shí)間與精力。

傳統(tǒng)的電子設(shè)計(jì)技術(shù)通常是自下而上的設(shè)計(jì)方法。即首先確定系統(tǒng)最底層的電路模塊或元件的結(jié)構(gòu)和功能，然后根據(jù)主系統(tǒng)的功能工求，將它們組合成更大的功能模塊，使它們的結(jié)構(gòu)和功能滿足高層次系統(tǒng)的要求。依此流程，逐步上推直至整個(gè)目標(biāo)系統(tǒng)的完成。由于設(shè)計(jì)只能采用系統(tǒng)仿真儀、邏輯分析儀和示波器進(jìn)行仿真和調(diào)試。故只有系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后才能進(jìn)行仿真調(diào)試。系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題只能在后期發(fā)現(xiàn)，一旦考慮不周，整個(gè)設(shè)計(jì)勢(shì)必從頭開始，設(shè)計(jì)周期大大增加。

在EDA技術(shù)應(yīng)用中，采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法，即從系統(tǒng)總體出發(fā)，自上而下地逐步細(xì)化設(shè)計(jì)內(nèi)容，最后完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。它包括如下設(shè)計(jì)階段：①設(shè)計(jì)思路輸入階段：依據(jù)系統(tǒng)對(duì)硬件要求，詳細(xì)編制技術(shù)規(guī)格書，對(duì)系統(tǒng)功能細(xì)化，合理劃分功能模塊，畫出功能框圖。②編譯階段：建立V皿L行為描述模型，通過VHDL仿真器對(duì)項(xiàng)層設(shè)計(jì)仿真，檢查設(shè)計(jì)原理是否正確，如有錯(cuò)，則返回項(xiàng)層修改。將VHIDL行為描述轉(zhuǎn)化為RTL描述，并對(duì)RTL描述級(jí)模型仿真。③邏輯綜合：使用邏輯綜合工具將RTL描述轉(zhuǎn)化為邏輯元件表示的文件（門級(jí)網(wǎng)絡(luò)表）。結(jié)合具體的目標(biāo)硬件環(huán)境進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)單元調(diào)用、布局布線和約束條件優(yōu)化配置。同時(shí)生成V皿L格式的時(shí)序仿真文件等。④協(xié)能仿真和時(shí)序仿真階段：一般使用vIⅢL仿真器進(jìn)行門級(jí)仿真，在計(jì)算機(jī)上了解更接近硬件目標(biāo)器件工作的功能時(shí)序。仿真成功將適配器產(chǎn)生的配置文件通過編程器或下載電纜載入目標(biāo)蒼片。⑤對(duì)完成的硬件系統(tǒng)進(jìn)行檢查、測(cè)試。

五、EDA技術(shù)的應(yīng)用

在當(dāng)前高新技術(shù)飛速發(fā)展的信息時(shí)代電子技術(shù)的重要地位日趨上升。作為各種高級(jí)專門人才的發(fā)源地——高等院校來說，不斷改進(jìn)教學(xué)方法和教學(xué)方法和教學(xué)手段，加強(qiáng)和鞏固學(xué)生電子技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)，將EDA技術(shù)廣泛應(yīng)用到電類專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)和科研工作中，顯得非常重要。開展EDA教學(xué)科研工作會(huì)對(duì)微電子類、計(jì)算機(jī)類學(xué)科產(chǎn)生積極的影響，促進(jìn)高樣相應(yīng)學(xué)科的協(xié)調(diào)發(fā)展，無形中極大地促進(jìn)高校教學(xué)手段現(xiàn)代化的進(jìn)一步提高，對(duì)教育改革發(fā)展產(chǎn)生催化作用。

EDA技術(shù)廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)及傳統(tǒng)電子產(chǎn)品的升級(jí)換代和技術(shù)改造中。從高性能的微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器到家電、消費(fèi)類電子產(chǎn)品（如MP3、MP4）、電子玩具電路等，功A技術(shù)不但應(yīng)用于前期的仿真，產(chǎn)品調(diào)試，而且在后期的制作、生產(chǎn)、線路板焊接等制作過程發(fā)揮重要作用。從而大大提高電子產(chǎn)品的性能，縮小產(chǎn)品體積，提高產(chǎn)品技術(shù)含量及附加值。隨著科技的進(jìn)步，電子產(chǎn)品的更新目新月異，EDA技術(shù)的廣泛應(yīng)用是提高我國電子產(chǎn)品質(zhì)量的必由之路。FPGA/CPLD器件及其平臺(tái)的推廣己為EDA技術(shù)的普及鋪平了道路。

六、結(jié)束語

EDA技術(shù)在進(jìn)入2l世紀(jì)后，由于更大規(guī)模的FPGA和新器件的不斷推出，在仿真和設(shè)計(jì)兩方面支持標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言的功能強(qiáng)大的EDA軟件不斷更新增加。使EDA技術(shù)得到迅猛發(fā)展。電子技術(shù)全方位納入EDA領(lǐng)域，電類學(xué)科的界限變得更加模糊。突出表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：電子系統(tǒng)的快捷設(shè)計(jì)，低成本開發(fā)，精確分析、直觀顯示、全頻帶工作得以實(shí)現(xiàn)。使電子設(shè)計(jì)成果以自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的方式得以明確表達(dá)與確定成為可能：基于EDA工具ASIC設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)單元已涵蓋大規(guī)模電子系統(tǒng)及IP核模塊；EDA技術(shù)涵蓋了電子工程設(shè)計(jì)的全過程，大大改變了設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)手段，真實(shí)反映了電路特性，方便實(shí)現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)及性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并能提供相當(dāng)完整而詳細(xì)的數(shù)據(jù)材料。EDA技術(shù)已成為電子設(shè)計(jì)的核心，掌握并普及這一全新技術(shù)，將對(duì)我國電子技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)意義。
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