王曉峰

(長春大學(xué)電子信息工程學(xué)院,吉林長春 130022)

EDA是電子設(shè)計自動化 (Electronic Design Automation)的縮寫。EDA技術(shù)作為現(xiàn)代電子設(shè)計最新技術(shù)的結(jié)晶,其廣闊的應(yīng)用前景和深遠(yuǎn)的影響已毋庸置疑,它在信息工程類專業(yè)中的基礎(chǔ)地位和核心作用也逐漸被人們所認(rèn)識。許多高等院校開設(shè)了相應(yīng)的課程,并為學(xué)生提供了課程設(shè)計、綜合實驗、電子設(shè)計競賽、畢業(yè)設(shè)計、科學(xué)研究和產(chǎn)品開發(fā)等EDA技術(shù)的綜合應(yīng)用實踐環(huán)節(jié)。相關(guān)的工程技術(shù)人員也特別重視學(xué)習(xí)EDA技術(shù),并渴望提高其工程應(yīng)用能力。因此,EDA技術(shù)正是為了適應(yīng)現(xiàn)代電子產(chǎn)品設(shè)計的要求,伴隨著計算機(jī)、集成電路、電子系統(tǒng)設(shè)計的發(fā)展,吸收數(shù)據(jù)庫、圖形學(xué)、圖論與拓?fù)溥壿?、計算?shù)學(xué)、優(yōu)化理論等多學(xué)科最新成果而逐步形成的一門新技術(shù)。

1 EDA技術(shù)的基本特征

現(xiàn)代EDA技術(shù)的基本特征是采用高級語言描述,具有系統(tǒng)級仿真和綜合能力,具有開放式的設(shè)計環(huán)境及豐富的元器件模型庫等。

1.1 硬件描述語言設(shè)計輸入 硬件描述語言輸入是現(xiàn)代EDA系統(tǒng)的主要輸入方式。與傳統(tǒng)的原理圖輸入設(shè)計方法相比,硬件描述語言更適合于規(guī)模日益增大的電子系統(tǒng),它還是進(jìn)行邏輯綜合優(yōu)化的重要工具。硬件描述語言可以使得設(shè)計者在比較抽象的層次上進(jìn)行描述設(shè)計的結(jié)構(gòu)和內(nèi)部特征。

1.2 “自頂向下”設(shè)計方法 “自頂向下”設(shè)計方法是一種概念驅(qū)動的設(shè)計方法。該方法要求在整個設(shè)計過程中盡量運用概念 (即抽象)去描述和分析設(shè)計對象,而不要過早地考慮實現(xiàn)該設(shè)計的具體電路、元器件和工藝,整個設(shè)計在概念上的演化從頂層到底層應(yīng)當(dāng)逐步由概括到展開、由粗略到精細(xì)。

“自頂向下”設(shè)計方法一般是在系統(tǒng)劃分和分解的基礎(chǔ)上先進(jìn)行單元設(shè)計,在單元的精心設(shè)計后逐步向上進(jìn)行功能塊設(shè)計,然后再進(jìn)行子系統(tǒng)的設(shè)計,最后完成系統(tǒng)的總設(shè)計。

1.3 邏輯綜合與優(yōu)化 邏輯綜合是將最新的算法與工程界多年積累的設(shè)計經(jīng)驗結(jié)合起來,自動地將用真值表、狀態(tài)圖或VHDL硬件描述語言等所描述的數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為滿足設(shè)計性能指標(biāo)要求的邏輯電路,并對電路進(jìn)行速度、面積等方面的優(yōu)化。

邏輯綜合的特點是將高層次的系統(tǒng)行為設(shè)計自動翻譯成門級邏輯的電路描述,做到了設(shè)計與工藝的相互獨立。邏輯綜合的作用是根據(jù)一個系統(tǒng)的邏輯功能與性能的要求,在一個包含眾多結(jié)構(gòu)、功能和性能均已知的邏輯元器件的邏輯單元庫的支持下,尋找出一個邏輯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的最佳 (至少是較佳的)實現(xiàn)方案。

1.4 開放性和標(biāo)準(zhǔn)化 開放式的設(shè)計環(huán)境也稱為框架機(jī)構(gòu)?？蚣苁且环N軟件平臺結(jié)構(gòu),它在EDA系統(tǒng)中負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)設(shè)計過程和管理設(shè)計數(shù)據(jù),實現(xiàn)數(shù)據(jù)與工具的雙向流動,為EDA工具提供合適的操作環(huán)境。任何一個EDA系統(tǒng)只要建立了一個符合標(biāo)準(zhǔn)的開放式框架結(jié)構(gòu),就可以接納其他廠商的EDA工具一起進(jìn)行設(shè)計工作。

1.5 庫 EDA工具必須配有豐富的庫 (Library),包括元器件圖形符號庫、元器件模型庫、工藝參數(shù)庫、標(biāo)準(zhǔn)單元庫、可復(fù)用的電路模塊庫、IP庫等,才能夠具有強(qiáng)大的設(shè)計能力和較高的設(shè)計效率。

2 EDA技術(shù)的發(fā)展趨勢

現(xiàn)代EDA技術(shù)已經(jīng)不是某學(xué)科的分支或某種新的技能技術(shù),而是一門綜合性學(xué)科,它融合多學(xué)科于一體,又滲透于各學(xué)科之中,打破了軟件與硬件間的壁壘,使計算機(jī)的軟件技術(shù)與硬件實現(xiàn)、設(shè)計效率和產(chǎn)品性能合二為一,它代表了現(xiàn)代電子技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展方向。

面對當(dāng)今飛速發(fā)展的電子產(chǎn)品市場,設(shè)計者需要更加實用、快捷的EDA工具,使用統(tǒng)一的集成化設(shè)計環(huán)境,改變傳統(tǒng)設(shè)計思路,將精力集中到設(shè)計構(gòu)思、方案比較和尋找優(yōu)化設(shè)計等方面,需要以最快的速度,開發(fā)出性能優(yōu)良、質(zhì)量一流的電子產(chǎn)品,對EDA技術(shù)提出了更高的要求。未來的EDA技術(shù)將在仿真、時序分析、集成電路自動測試、高速印刷電路板設(shè)計及開發(fā)操作平臺的擴(kuò)展等方面取得新的突破,向著功能強(qiáng)大、簡單易學(xué)、使用方便的方向發(fā)展。

3 EDA技術(shù)在實驗教學(xué)中的應(yīng)用

在實驗教學(xué)中應(yīng)用EDA技術(shù),對于實現(xiàn)實驗教學(xué)效果有以下優(yōu)勢:提高實驗的可靠性,提高學(xué)生的實踐能力和動手能力,提高實驗的開放性,提高實驗效率,彌補(bǔ)實驗教學(xué)條件的不足。

在教學(xué)方面,幾乎所有理工科 (特別是電子信息)類的高校都開設(shè)了EDA課程。其目的是讓學(xué)生了解EDA的基本概念和基本原理,掌握用VHDL語言編寫規(guī)范,掌握邏輯綜合的理論和算法,使用EDA工具進(jìn)行電子電路課程的實驗驗證并從事簡單系統(tǒng)的設(shè)計。我們學(xué)校主要是在CPLD/FPG A實驗過程中,通過Altera公司的Max+PlusII軟件、Lattice公司的ispEXPERT軟件和Xilinx公司的Foundation軟件,運用VHDL語言對電子設(shè)計過程進(jìn)行編譯、邏輯綜合、功能仿真、芯片的引腳鎖定、時序仿真和編程下載等操作。

4 總結(jié)

EDA技術(shù)是順應(yīng)迅速發(fā)展的通訊技術(shù)、電子技術(shù)、自動化控制等技術(shù)的需要而發(fā)展起來的,它使硬件軟件化變?yōu)楝F(xiàn)實,國內(nèi)電子行業(yè)已逐漸將EDA技術(shù)應(yīng)用于電子系統(tǒng)設(shè)計中。

總之,EDA技術(shù)與數(shù)字電子技術(shù)實驗教學(xué)的結(jié)合是現(xiàn)代教育發(fā)展的趨勢,是對舊的教學(xué)內(nèi)容和模式加以改革的結(jié)果。把EDA技術(shù)引入到數(shù)字電路教學(xué)和實驗教學(xué)中,對舊的教學(xué)內(nèi)容和模式加以改革,激發(fā)了學(xué)生對實驗的興趣,提高了教學(xué)效率。同時也培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力,提高學(xué)生的競爭能力,適應(yīng)了市場的需要。

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