陳 瑾

（徐州工程學(xué)院，江蘇 徐州 221008）

電子工程設(shè)計的EDA技術(shù)研究分析

陳 瑾

（徐州工程學(xué)院，江蘇 徐州 221008）

近些年來，隨著信息技術(shù)不斷發(fā)展，電子技術(shù)也隨著發(fā)展。電子產(chǎn)品更新頻率不斷加快，實現(xiàn)了電子產(chǎn)品的高集成、大容量和小體積開發(fā)。EDA技術(shù)的發(fā)展，創(chuàng)新了電子工程設(shè)計行業(yè)，為電子工程設(shè)計發(fā)展明確了新方向。21世紀將是EDA技術(shù)的高速發(fā)展期，EDA技術(shù)將是對21世紀產(chǎn)生重大影響的十大技術(shù)之一。文章主要闡述EDA技術(shù)的發(fā)展概念、發(fā)展過程，明確了EDA技術(shù)特點，分析該技術(shù)的作用。

電子工程設(shè)計；EDA技術(shù)；電子技術(shù)

近些年來，隨著電子技術(shù)日益發(fā)展、革新，應(yīng)用逐漸實現(xiàn)了快速化和大容量發(fā)展，設(shè)計系統(tǒng)的數(shù)字化，由傳統(tǒng)組合芯片轉(zhuǎn)變?yōu)閱纹到y(tǒng)發(fā)展?？梢哉f，EDA技術(shù)發(fā)展，實現(xiàn)了電子領(lǐng)域、電子系統(tǒng)開發(fā)的變革，是科技提高、發(fā)展的重要產(chǎn)物，對電子工程設(shè)計而言，EDA技術(shù)的研究、分析具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1 EDA技術(shù)概述

EDA技術(shù)，實現(xiàn)了電子設(shè)計的自動化，CAM和CAE技術(shù)概念出現(xiàn)，逐漸產(chǎn)生了EDA技術(shù)，該技術(shù)以計算機為主要工具，集合拓撲邏輯結(jié)構(gòu)、計算數(shù)學(xué)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、數(shù)字優(yōu)化技術(shù)、圖形技術(shù)等學(xué)科，逐漸產(chǎn)生了最新理論結(jié)構(gòu)，由微電子、信號處理分析、電路技術(shù)和信息技術(shù)的重要集合?，F(xiàn)代化EDA技術(shù)特點較多，選擇自頂向下方式設(shè)計程序，確保了設(shè)計方案整體性和優(yōu)化性，加上該技術(shù)自動化程度較高，在電子工程設(shè)計時，可開展各類級別調(diào)試和仿真，對于電子工程設(shè)計者而言，可及時發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計錯誤，防止設(shè)計工作浪費，防止細枝末節(jié)錯誤，在系統(tǒng)開發(fā)中能夠投入更多精力，確保設(shè)計的高效率和低成本，縮短設(shè)計周期。同時，EDA技術(shù)能夠并行操作，構(gòu)建框架結(jié)構(gòu)環(huán)境，可實現(xiàn)同步電子工程開發(fā)、設(shè)計?？梢哉f，EDA是電子技術(shù)設(shè)計自動化，也就是能夠幫助人們設(shè)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(shè)計階段發(fā)揮作用，使設(shè)計更復(fù)雜的電路和系統(tǒng)成為可能。

2 EDA技術(shù)的特點

首先，在現(xiàn)代EDA技術(shù)的運用，大多選擇“Top-Down”程序進行設(shè)計，保證設(shè)計方案優(yōu)化性、合理性，防止“Bottomup”的設(shè)計局部優(yōu)化，避免整體結(jié)構(gòu)缺陷。

其次，HDL技術(shù)的設(shè)計優(yōu)點，可實現(xiàn)語言的公開利用，保證語言描述范圍，確保設(shè)計和工藝無聯(lián)系，保證現(xiàn)場、系統(tǒng)編程，確保設(shè)計保存更為便捷，可實現(xiàn)在線升級。

第三，自動化程度較高，在設(shè)計過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)各級別仿真和調(diào)試，在早期結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計者能夠及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計錯誤，防止設(shè)計工作重疊。另外，設(shè)計人員能夠省略具體細節(jié)問題，在系統(tǒng)開發(fā)上能夠集中精力，確保設(shè)計低成本和高效率。

3 EDA技術(shù)的發(fā)展

在電子工程設(shè)計領(lǐng)域，隨著EDA技術(shù)出現(xiàn)到發(fā)展，主要分為3個歷史發(fā)展時期：

首先，初級階段。從1970年開始，EDA技術(shù)主要是采取CAD技術(shù)，集成電路具有小規(guī)模特點，在傳統(tǒng)手工圖設(shè)計時，因集成電路板、集成電路成本較大，周期較長，設(shè)計效率不高，主要依靠計算機技術(shù)進行設(shè)計印刷，選擇CAD工具，可實現(xiàn)布圖布線的二維設(shè)計和分析，代替了傳統(tǒng)的高重復(fù)性工藝。

其次，發(fā)展階段。從1980年開始，EDA技術(shù)逐漸發(fā)展完善，集成電路規(guī)模也隨之增大，電子系統(tǒng)的復(fù)雜化，開展軟件開發(fā)研究，實現(xiàn)CAD系統(tǒng)集成，強化了電路功能設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計，EDA技術(shù)逐漸延伸至半導(dǎo)體芯片設(shè)計。

第三，成熟階段。EDA技術(shù)經(jīng)過長時間發(fā)展，從1990年開始，微電子技術(shù)發(fā)展十分迅猛，一個芯片集成，就可達到幾千萬、上億晶體管，對于該技術(shù)現(xiàn)狀，對EDA技術(shù)要求也隨之提高，促使EDA技術(shù)進一步發(fā)展。全球各大公司陸續(xù)研發(fā)EDA系統(tǒng)，開展大規(guī)模系統(tǒng)仿真，研究高級語言技術(shù)和綜合技術(shù)。

4 EDA技術(shù)軟件研究

首先，EWB軟件。該軟件技術(shù)是基于PC電子軟件設(shè)計，具有集成化、仿真分析、原理圖、接口設(shè)計、文件夾設(shè)計等幾個特點。

其次，PROTEL軟件。使用該技術(shù)，主要在PROTE199中廣泛運用，立足電路原理圖設(shè)計，采取印刷電路板設(shè)計和高層次設(shè)計技術(shù)。近些年來，EDA技術(shù)開發(fā)成為熱門話題，得到迅速發(fā)展。在該領(lǐng)域，主要包含高層次模擬和硬件語言描述，是一種高層次綜合技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)水平不斷提高，EDA技術(shù)朝著更科學(xué)、更高層次設(shè)計技術(shù)逐漸發(fā)展。

5 EDA技術(shù)作用

首先，使用EDA技術(shù)，可驗證電路設(shè)計，保證方案正確性。確定設(shè)計方案后，通過系統(tǒng)仿真、結(jié)構(gòu)模擬，對設(shè)計方案可行性進行驗證設(shè)計，保證系統(tǒng)環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)。推廣系統(tǒng)仿真技術(shù)，在非電專業(yè)系統(tǒng)設(shè)計時，可確定某種新構(gòu)思和新理論設(shè)計方案。待仿真后，可模擬分析系統(tǒng)各電路結(jié)構(gòu)，對電路性能指標實現(xiàn)性、結(jié)構(gòu)設(shè)計正確性進行判定。

其次，使用EDA技術(shù)，可優(yōu)化設(shè)計電路特性。對于元器件容差，加上工作環(huán)境溫度變化，會影響電路穩(wěn)定性。通過傳統(tǒng)設(shè)計方法，難以全面分析這種影響，也難以完成整體優(yōu)化設(shè)計。使用EDA技術(shù)，利用統(tǒng)計分析、溫度分析功能，處于各種溫度條件下，可分析電路特性，有利于最佳電路結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)穩(wěn)定溫度和最佳元件參數(shù)確定，保證電路優(yōu)化設(shè)計。

第三，使用EDA技術(shù)，可實現(xiàn)電路模擬測試。對于電子電路設(shè)計，在設(shè)計過程中，包含大量的特性分析、數(shù)據(jù)測試，由于受測試儀器精度、測試手段約束，存在較多測試問題，選擇EDA技術(shù)，可實現(xiàn)功能的全部測試。

6 EDA技術(shù)實現(xiàn)步驟

如上文所述，在現(xiàn)代電子設(shè)計領(lǐng)域，EDA技術(shù)是技術(shù)發(fā)展的重要方向，主要是一種硬件HDL描述語言，對硬件電路功能、信號連接、定時關(guān)系的語言描述。因此，EDA技術(shù)具有較高的自動化程度，能夠?qū)崿F(xiàn)并行操作，具有較廣的語言描述范圍，可實現(xiàn)語言公開利用，促使整體設(shè)計方案的優(yōu)化設(shè)計。對于EDA步驟的實現(xiàn)，主要包含如下方法：

首先，文本圖編輯和原理圖修改。通過圖形編輯器，對文本、圖形進行設(shè)計，可充分表達設(shè)計者的設(shè)計意圖。

其次，編譯。通過編譯器，對設(shè)計描述進行拍錯編譯，通過設(shè)計描述，直接轉(zhuǎn)換成特定的文本形式。

第三，綜合。在該步驟中，可實現(xiàn)軟件設(shè)計、硬件實現(xiàn)性的合二為一，由硬件電路代替軟件設(shè)計，通過HDL綜合器，促使網(wǎng)表文件生成。另外，以門級為出發(fā)點，可描述門電路結(jié)構(gòu)。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(shè)計與制造。

第四，行為仿真。通過設(shè)計描述網(wǎng)表文件，實現(xiàn)功能仿真，對設(shè)計描述和設(shè)計意圖是否一致進行判定。

第五，適配。對于網(wǎng)表文件，利用布局布線適配器，針對某一目標器件進行邏輯映射操作，例如邏輯分割優(yōu)化，布局布線，以及底層器件的優(yōu)化配置，等到邏輯映射操作完成之后，EDA軟件可形成多項結(jié)構(gòu)，例如適配報告、下載文件。

第六，功能仿真。在該步驟中，仿真精度非常高，和真實情況十分接近。

第七，下載。如果上述6個步驟能夠順利實現(xiàn)，可將適配器文件下載，直接在目標芯片中轉(zhuǎn)存。

7 電子工程設(shè)計中EDA技術(shù)的應(yīng)用流程

近些年來，EDA技術(shù)在各領(lǐng)域不斷深入，涉及醫(yī)療、生物、航天、通信等領(lǐng)域，然而，EDA技術(shù)在電子工程設(shè)計中的運用最為突出，通過EDA技術(shù)，利用虛擬儀器進行產(chǎn)品測試，保證技術(shù)支持?？梢哉f，EDA技術(shù)的運用，主要是電路特性優(yōu)化和電路設(shè)計仿真。EDA技術(shù)在電子工程設(shè)計中的運用，主要應(yīng)用流程如下：

首先，源程序。在一般情況下，在電子工程設(shè)計時，主要是利用EDA器件軟件，通過圖形編輯器，展示文本、圖形。不論是文本編輯器，或圖形編輯器，均需依靠EDA工具編譯、排錯，方可實現(xiàn)文件格式轉(zhuǎn)化，保證了邏輯綜合分析。輸入源程序之后，即可實現(xiàn)仿真器仿真。

其次，邏輯綜合。輸入源程序之后，利用VHDL格式轉(zhuǎn)化，即可進入邏輯綜合分析流程，利用綜合器，在電路設(shè)計過程中，通過高級指令，實現(xiàn)高級向?qū)哟屋^低語言轉(zhuǎn)化，即邏輯綜合。在邏輯綜合過程中，可將其看作電子設(shè)計的目標優(yōu)化流程，輸入文件到仿真器后，實現(xiàn)仿真操作，確保功效、結(jié)果一致性。

第三，時序仿真。邏輯綜合適配后，進入到時序仿真環(huán)節(jié)，時序仿真是利用適配器、布線器，通過適當手段，將VHDL文件傳輸至仿真器內(nèi)，逐漸開始部分仿真。因VHDL仿真器的使用，需考慮器件特性，在適配之后，時序仿真結(jié)果比較精確。

第四，仿真分析。明確了電子工程設(shè)計方案，通過結(jié)構(gòu)模擬、系統(tǒng)仿真方法，對方案可行性、合理性進行研究分析。通過EDA技術(shù)，可實現(xiàn)系統(tǒng)函數(shù)傳遞，建立數(shù)學(xué)模型開展仿真分析。使用該系統(tǒng)仿真技術(shù)，可應(yīng)用到其他非電專業(yè)設(shè)計中，在理論驗證、方案構(gòu)思中能夠正確運用。

8 結(jié)語

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，現(xiàn)代技術(shù)逐漸革新，促使EDA技術(shù)領(lǐng)域朝著更高層次推廣、開發(fā)，且成效非常顯著。在本篇文章中，筆者詳細分析、研究了EDA技術(shù)的基本信息。根據(jù)研究表明，在我國電子工程設(shè)計領(lǐng)域，EDA技術(shù)的運用是一種技術(shù)推動和變革，基于EDA技術(shù)的電子產(chǎn)品，其使用性能、專業(yè)化程度明顯高于傳統(tǒng)設(shè)計方案。因此，在電子工程設(shè)計領(lǐng)域，使用EDA技術(shù)，可明顯提升工作效率，優(yōu)化電子產(chǎn)品，拓展產(chǎn)品附加值，EDA技術(shù)發(fā)展方向的高層次自動化設(shè)計技術(shù)必將取得更輝煌的成績。

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Research and analysis of EDA technology in electronic engineering design

Chen Jin
（Xuzhou Institute of Technology, Xuzhou 221008, China）

In recent years, with the continuous development of information technology, electronic technology has been developing along with it. Updating frequency of electronic products has been continuously accelerated, which realizes the high integration, large capacity and small volume development of electronic products. Development of EDA technology makes electronic engineering design industry more innovative, and clear its new direction. 21st century will be a period of rapid development of EDA technology and EDA technology will be one of the ten major technologies having a significant impact on 21st century. The development concept and the EDA technology development process are expounded, the characteristics and effects of EDA technology are mainly analyzed in this paper.

electronic engineering design; EDA technology; electronic technology

陳瑾，（1979— ），女，江蘇徐州，助理實驗師；研究方向:電子技術(shù)軟件工程。