何偉

摘要：由于電子技術(shù)的飛速發(fā)展，使得基于EDA技術(shù)的電子系統(tǒng)設(shè)計方法得以廣泛應(yīng)用。EDA技術(shù)已成為現(xiàn)代系統(tǒng)設(shè)計和電子產(chǎn)品研發(fā)的有效工具，成為電子工程師應(yīng)具備的基本能力。本文先介紹了EDA技術(shù)的發(fā)展過程，并對其基本特點予以詳細(xì)敘述，最后對其發(fā)展趨勢予以展望。

關(guān)鍵詞：電子系統(tǒng)；EDA技術(shù)；設(shè)計方法

1、前言

隨著計算機技術(shù)和集成電路的飛速發(fā)展，電子技術(shù)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。由于電子產(chǎn)品的研發(fā)周期不斷縮短，專用集成電路（ASIC）的設(shè)計面臨著設(shè)計周期越來越短與設(shè)計難度不斷提高的矛盾。為了解決這一矛盾，就有必要采用新的電子電路設(shè)計方法和相應(yīng)的設(shè)計工具，在此情況下，EDA （E1echonics Design Automation，即電子設(shè)計自動化）技術(shù)也就應(yīng)運而生。

2、EDA技術(shù)發(fā)展概況

電子設(shè)計自動化技術(shù)是在計算機平臺上利用計算機圖形學(xué)、拓?fù)溥壿媽W(xué)、計算數(shù)學(xué)以及人工智能等多種計算機應(yīng)用技術(shù)的最新成果基礎(chǔ)上而開發(fā)出來的一種電子系統(tǒng)設(shè)計工具，同時相應(yīng)提出了先進的電子系統(tǒng)設(shè)計方法，是一種幫助電子設(shè)計工程師更加有效地從事電子產(chǎn)品和系統(tǒng)設(shè)計的綜合技術(shù)。該技術(shù)至今已有40多年的發(fā)展歷程，大致可以分為三個發(fā)展階段：

（1）CAD （計算機輔助設(shè)計）階段

這個階段始于20世紀(jì)70年代，由于研制了一些相應(yīng)的軟件工具，因此其主要特征是利用計算機輔助進行PCB 布線、電路模擬、邏輯模擬及版圖的繪制等，從而使電子系統(tǒng)設(shè)計人員能夠借助計算機輔助設(shè)計軟件從大量繁瑣、重復(fù)的計算和繪圖工作中解脫出來，使設(shè)計周期得以縮短，設(shè)計效率顯著提高。

（2）CAE（計算機輔助工程設(shè)計）階段（20 世紀(jì)八九十年代中期）

這一階段始于20世紀(jì)80年代，由于在集成電路技術(shù)、電子系統(tǒng)設(shè)計方法學(xué)和設(shè)計工具集成化等方面獲得了許多技術(shù)上的迅速發(fā)展。使得各種設(shè)計工具，如原理圖輸入、編譯與連接、邏輯模擬、測試碼生成、版圖自動布局和布線以及各種單元庫等得以豐富和完善。其主要特征是以定時分析、邏輯摸擬、故障仿真、自動布局布線為核心，重點解決了電子電路設(shè)計過程中的功能檢測等問題，從而使得電子產(chǎn)品的設(shè)計在制作之前就能夠預(yù)知產(chǎn)品的功能與性能。

（3）EDA 階段

這一階段始于20 世紀(jì) 90 年代，其主要特征是以高級描述語言、系統(tǒng)仿真和綜合技術(shù)為特點，采用“自頂向下”的設(shè)計理念，將設(shè)計前期的許多高層次設(shè)計由EDA工具來完成。這種方法不僅極大地提高了電路系統(tǒng)的設(shè)計效率，而且使設(shè)計者從大量的輔助性工作中解脫出來，能夠?qū)⒕杏诜桨傅膭?chuàng)造性與概念的構(gòu)思上。

目前EDA技術(shù)已經(jīng)進入第四個發(fā)展階段，即進入以互連為核心的IDD（Interactive Driving Design）設(shè)計方式的發(fā)展階段。該階段工程師在進行系統(tǒng)項目上游設(shè)計時，通過將下游物理設(shè)計中制約條件同時考慮進去，從而使芯片系統(tǒng)的工作更加穩(wěn)定可靠。

3、EDA技術(shù)的基本特點

EDA代表了當(dāng)今電子設(shè)計技術(shù)的最新發(fā)展方向，電子設(shè)計工程師們可以利用EDA工具設(shè)計復(fù)雜電子系統(tǒng)，通過計算機來完成大量繁瑣的設(shè)計工作，即就是將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計、性能分析到設(shè)計出IC版圖的整個過程都在計算機上自動處理完成。該技術(shù)具有以下一些特點：

（1） 自頂向下的設(shè)計方法。

“自頂向下”（Top- Down）是一種全新的設(shè)計方法，這種設(shè)計方法從設(shè)計的總體要求入手，自頂向下將整個系統(tǒng)設(shè)計劃分為不同的功能子模塊，即在頂層進行功能方劃分和結(jié)構(gòu)設(shè)計。這樣可以在方框圖一級就進行仿真和糾錯，并能用硬件描述語言對高層次的系統(tǒng)行為進行描述，從而在系統(tǒng)一級就能進行驗證，然后由EDA綜合工具完成到工藝庫的映射。由于設(shè)計的主要仿真和糾錯過程是在高層次上完成的，這種方法有利于在早期發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計上的錯誤，從而避免設(shè)計工作中的浪費，同時也大大減少了邏輯功能仿真的工作量，提高了設(shè)計效率。

（2） 可編程邏輯器件PLD

可編程邏輯器件是一種由用戶編程以實現(xiàn)某種電子電路功能的新型器件，PLD 可分為低密度和高密度兩種。其中低密度 PLD 器件的編程都需要專用的編程器，屬于半定制的專用集成電路器件，而高密度 PLD 就是EDA 技術(shù)中經(jīng)常用到的復(fù)雜可編程邏輯器件（CPLD）、現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）以及在系統(tǒng)可編程邏輯器件（ISP-PLD）等，它們屬于全定制ASIC 芯片，編程時僅需以 JTAG 方式與計算機并口相連即可。

（3） 硬件描述語言

硬件描述語言（HDL- Hardware Description Language）是一種用于設(shè)計硬件電子系統(tǒng)的計算機高級語言，就是用軟件編程的方式來描述復(fù)雜電子系統(tǒng)的邏輯功能、電路結(jié)構(gòu)和連接形式。硬件描述語言是EDA技術(shù)的重要組成部分，是EDA設(shè)計開發(fā)中很重要的軟件工具。其中VHDL即超高速集成電路硬件描述語言，是電子設(shè)計中主流的硬件描述語言，用VHDL進行電子系統(tǒng)設(shè)計的一個優(yōu)點是使設(shè)計者可以專心致力于其功能的實現(xiàn)，而不需要對與工藝有關(guān)的因素上花費過多的時間和精力。

4、EDA技術(shù)的發(fā)展趨勢

隨著科技水平的提高，電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代日新月異，而EDA技術(shù)作為各類電子產(chǎn)品研發(fā)的源動力，自然而然成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計的核心。

進入21世紀(jì)以來，電子技術(shù)已經(jīng)全方位納入到EDA領(lǐng)域，EDA技術(shù)使得電子領(lǐng)域各學(xué)科之間的界限愈加模糊，相互間互為包容，其發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面：EDA技術(shù)要生存就必須適應(yīng)市場發(fā)展趨勢，要專注于技術(shù)創(chuàng)新，而EDA產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新的重點將體現(xiàn)在系統(tǒng)級驗證及可制造性設(shè)計（DFM ）兩大領(lǐng)域；使電子設(shè)計成果將以自主知識產(chǎn)權(quán)（IP）的方式得以明確表達(dá)和確認(rèn)，IP的合理應(yīng)用是產(chǎn)品設(shè)計流程得以加速的一個有效途徑；一體化的設(shè)計工具平臺使用戶受益于統(tǒng)一的用戶界面，避免了在不同的工具之間進行數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)換等繁瑣的操作過程；描述語言一直是EDA業(yè)中重要的一環(huán)，然而隨著IC復(fù)雜度的不斷提高，從更高層次入手對系統(tǒng)進行描述是描述語言未來的發(fā)展方向；隨著EDA技術(shù)在全世界范圍內(nèi)的飛速發(fā)展，使得基于Linux環(huán)境的EDA技術(shù)將成為電路設(shè)計領(lǐng)域的主流。

EDA技術(shù)應(yīng)用廣泛，如今已涉及到各行各業(yè)，EDA技術(shù)水平也在不斷提高，設(shè)計工具趨于完美，EDA市場也日趨成熟。

5、結(jié)束語

隨著集成電路技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，電子系統(tǒng)的設(shè)計方法和設(shè)計手段都發(fā)生了巨大的變化。傳統(tǒng)的“固定功能集成塊加連線”的設(shè)計方法正逐步地退出歷史舞臺，而基于專用芯片的設(shè)計方法正成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計的主流。

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（作者單位：陜西理工學(xué)院物理與電信工程學(xué)院，陜西 漢中 723001）