當代EDA技術及其應用優(yōu)勢.doc

當代EDA技術及其應用優(yōu)勢電子設計的必由之路是數(shù)字化，這已成為共鳴。在數(shù)字化的道路上，我國的電子技巧經(jīng)歷了一系列重大的變更。從利用小規(guī)模集成電路構成電路系統(tǒng)，到廣泛地利用微把持器或單片機(MCU)，在電子系統(tǒng)設計上產(chǎn)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改革，重要表現(xiàn)在大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷膹V泛利用。非凡在當前，半導體工藝程度已經(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，未來集成電路技巧的發(fā)展趨向將是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。所以電子設計技巧發(fā)展到今天，又將面臨另一次更大意義的突破，5PGA在EDA(電子設計主動化)基礎上的廣泛利用。 EDA技巧的概念摘要: EDA是電子設計主動化(E1echonics Des5p AMtoM60n)的縮寫。由于它是一門剛剛發(fā)展起來的新技巧，涉及面廣，內容豐富，懂得各異，所以目前尚無一個確實的定義。但從EDA技巧的幾個重要方面的內容來看，可以懂得為摘要：EDA技巧是以大規(guī)模可編程邏輯器件為設計載體，以硬件描寫語言為系統(tǒng)邏輯描寫的重要表達方法，以盤算機、大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷拈_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，主動完成用軟件的方法設計電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的一門新技巧?？梢詫崿F(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)或專用集成芯片。EDA技巧是伴隨著盤算機、集成電路、電子系統(tǒng)的設計發(fā)展起來的，至今已有30多年的過程。大致可以分為三個發(fā)展階段。20世紀70年代的CAD(盤算機贊助設計)階段摘要：這一階段的重要特點是利用盤算機贊助進行電路原理圖編輯，PCB布同布線，使得設計師從傳統(tǒng)高度重復復雜的繪圖勞動中擺脫出來。20世紀80年代的QtE(盤算機贊助工程設計)階段摘要：這一階段的重要特點是以邏輯摸擬、定時分析、故障仿真、主動布局布線為核心，重點解決電路設計的功效檢測等新問題，使設計而能在產(chǎn)品制作之前預知產(chǎn)品的功效和性能。20吐紀如年代是EDA(電子設計主動化)階段摘要：這一階段的重要特點是以高級描寫語言，系統(tǒng)級仿真和綜合技巧為特點，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是電子技巧設計主動化，也就是能夠贊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)品的各個設計階段施展功效，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，可以應用EDA中的仿真工具論證設計的正確性；在芯片設計階段，可以應用EDA中的芯片設計工具設計制作芯片的版圖摘要：在電路板設計階段，可以應用EDA中電路板設計工具設計多層電路板。非凡是支撐硬件描寫語言的EDA工具的涌現(xiàn)，使復雜數(shù)字系統(tǒng)設計主動化成為可能，只要用硬件描寫語言將數(shù)字系統(tǒng)的行動描寫正確，就可以進行該數(shù)字系統(tǒng)的芯片設計和制作。有專家認為，21世紀將是四A技巧的高速發(fā)展期，EDA技巧將是對21世紀產(chǎn)生重大影響的十大技巧之一。 EDA技巧的基礎特點摘要:EDA代表了當今電子設計技巧的最新發(fā)展方向，利用EDA工具，電子設計師可以從概念、算法、協(xié)議等開端設計電子系統(tǒng)，大批工作可以通過盤算機完成，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版圖的全部過程在汁算機上主動處理完成。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，在頂層進行功效方框圖的劃分和結構設計。在方框圖一級進行仿真、糾錯并用硬件描寫語言對高層次的系統(tǒng)行動進行描寫，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專用集成電路(ASIC)。設計者的工作僅限于利用軟件的方法，即利用硬件描寫語言和EDA軟件來完成對系統(tǒng)硬件功效的實現(xiàn)。由于設計的重要仿真和調試過程是在高層次上完成的，這既有利于早期創(chuàng)造結構設計上的毛病，避免設計工作的糟蹋，又減少了邏輯功效仿真的工作量，進步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進步，一般分別的中小規(guī)模集成電路組合已不能滿足請求，電路設計逐步地從中小規(guī)模芯片轉為大規(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技巧中所用的大規(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)方便的特點聯(lián)合在一起，非凡合適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，它可以很輕易地轉由掩模ASIC實現(xiàn)，因此開發(fā)風險也大為降低?？梢哉fCPLE)FPGA器件，已成為現(xiàn)代高層次電子設計方法的實現(xiàn)裁體。硬件描寫語言(HDL)是EDA技巧的重要組成部分，是EDA設計開發(fā)中的很重要的軟件工具，VHDL即摘要：超高速集成電路硬件描寫語言，仍量凡是作為電子設計主流硬件的描寫語言。它具有很強的電路描寫和建模能力，能從多個層次對數(shù)字系統(tǒng)進行建模和描寫，從而大大簡化了硬件設計任務，進步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效的實現(xiàn)，而不需要對不影響功效的和工藝有關的因素消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“AB十C”即可。應用硬件描寫語言(HDL)可以用模仿仿真的方法完成以前必須設計和制作好的樣機上才干進行的電子電路特征的闡明和調試。能在系統(tǒng)行動級就創(chuàng)造可能涌現(xiàn)的毛病、新問題，并加以多次重復修正論證，避免了物理級器件的損傷和多次制作，節(jié)儉了時間和開發(fā)成本，縮短了電子系統(tǒng)開發(fā)的周期。將EDA技巧和傳統(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法，使復雜電路的設計、調試十分艱苦；假如某一過程存在毛病查找和修正十分不便；對于集成電路設計而言，設計實現(xiàn)過程和具體生產(chǎn)工藝直接相干，因此可移植性差；只有在設計出樣機或生產(chǎn)出芯片后才干進行實泅，因而開發(fā)產(chǎn)品的周期長。而電子EDA技巧則有很大不同，采用可編程器件，通過設計芯片來實現(xiàn)系統(tǒng)功效。采用硬件描寫語言作為設計輸入和庫(LibraIy)的引入，由設計者定義器件的內部邏輯和管腳，將本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。由于管腳定義的機動性，大大減輕了電路圖設計和電路板設計的工作量和難度，有效加強了設計的機動性，進步了工作效率。并且可減少芯片的數(shù)量，縮小系統(tǒng)體積，降低能源耗費，進步了系統(tǒng)的性能和可靠性。能全方位地利用盤算機主動設計、仿真和調試。 硬件描寫語言 摘要: 硬件描寫語言(HDL)是一種用于進行電子系統(tǒng)硬件設計的盤算機高級語言，它采用軟件的設計方法來描寫電子系統(tǒng)的邏輯功效、電路結構和連接情勢。 硬件描寫語言可以在三個層次上進行電路描寫，其層次由高到低分為行動級、R，幾級和門電路級。常用硬件描寫語言有WDL、Velllq和AHDL語言。WDL語言是一種高級描寫語言，實用于行動級和R，幾級的描寫；Vedlq語言和ABEL語言屬于一種較低級的描寫語言，實用于R，幾級和門電路級的描寫?，F(xiàn)在WDL和Velllq作為工業(yè)標準硬件描寫語言，已得到眾多EDA公司的支撐，在電子工程領域，它們已成為事實上的通用硬件描寫語言，承擔幾乎全部的數(shù)字系統(tǒng)的設計任務。利用Vf進行電子系統(tǒng)設計有以下優(yōu)點摘要：(1)和其他硬件描寫語言相比，WDL具有更強的行動描寫能力，壯大的行動描寫能力是避開具體的器件結構，從邏輯行動上描寫和設計大規(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)的功效可行性，并可以隨時對系統(tǒng)進行仿真。(3)Vf語句的行動描寫能力和程序結構，決定了它具有支撐大規(guī)模設計的分解和對已有設計的再利用功效。(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)不同的目標芯片主動把Vf描寫設計轉變成門級網(wǎng)表，這種設計方法極大地減少了電路設計的時間及可能產(chǎn)生的毛病，從而降低了開發(fā)成本。(5)Vf0L對設計的描寫具有相對獨立性，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具有類屬描寫語句和子程序調用等功效，所以對于已完成的設計，可以在不轉變源程序的情況廠，只需轉變類屬參量或函數(shù)，就能很輕易地轉變及計的規(guī)模和結構。EDA技巧的利用摘要:電子EDA技巧發(fā)展迅猛，逐漸在教學、科研、產(chǎn)品設計和制作等各方面都施展著宏大的功效。在教學方面摘要：幾乎所有理工科(非凡是電子信息)類的高校都開設了EDA課程。重要是讓學生懂得EDA的基礎原理和基礎概念、鱗握用佃L描寫系統(tǒng)邏輯的方法、應用扔A工具進行電子電路課程的模仿仿真實驗并在作畢業(yè)設計時從事簡略電子系統(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比賽運動。在科研方面摘要：重要利用電路仿真工具(EwB或PSPICE、VLOL等)進行電路設計和仿真；利用虛擬儀器進行產(chǎn)品調試；將O)LI)FPGA器件的開發(fā)利用到儀器設備中。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雷同的頻譜，為差別不同的呼叫，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干分辨出不同的傳呼過程；這一判別是通過匹配濾波器的輸出顯示在輸人數(shù)據(jù)流中探調到特定的碼序列；FPGA能供給良好的濾波器設計，而且能完成DSP高級數(shù)據(jù)處理功效，因而FPGA在現(xiàn)代通信領域方面獲得廣泛利用。在產(chǎn)品設計和制作方面摘要：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技巧不單是利用于前期的盤算機模仿仿真、產(chǎn)品調試，而且也在P哪的制作、電子設備的研制和生產(chǎn)、電路板的焊接、朋比的制作過程等有重要功效。可以說電子EDA技巧已經(jīng)成為電子工業(yè)領域不可缺乏的技巧支撐。 EDA技巧發(fā)展趨向摘要: EDA技巧在進入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撐標準硬件描寫語言的功效壯大的EDA軟件不斷更新、增長，使電子EDA技巧得到了更大的發(fā)展。電子技巧全方位納入EDA領域，EDA使得電子領域各學科的界限更加含混，更加互為包容，突出表現(xiàn)在以下幾個方面摘要：使電子設計成果以自主知識產(chǎn)權的方法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、技巧領域和設計利用領域得到進一步確認；SoC高效低成本設計技巧的成熟。隨著半導體技巧、集成技巧和盤算機技巧的迅猛發(fā)展，電子系統(tǒng)的設計方法和設計手段都產(chǎn)生了很大的變更?？梢哉f電子EDA技巧是電子設計領域的一場革命。傳統(tǒng)的“固定功效集成塊十連線”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。作為高級院校有關專業(yè)的學生和寬大的電子工程師懂得和攀握這一先進技巧是勢在必行，這不僅是進步設計效率的需要，更是時代發(fā)展的需求，只有攀握了EDA技巧才有能力參和世界電子工業(yè)市場的競爭，才干生存和發(fā)展。隨著科技的進步，電子產(chǎn)品的更新日新月異，EDA技巧作為電子產(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技巧將是電子設計領域和電子產(chǎn)業(yè)界的一場重大的技巧革命，同時也對電類課程的教學和科研提出了更深更高的請求。非凡是EDA技巧在我國尚未普及，把握和普及這一全新的技巧，將對我國電子技巧的發(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，必須把握EIlA技巧用于0U)5PGA的開發(fā)，只有這樣才干乘上現(xiàn)代科技