EDA发展史及其前景

EDA发展史及其前景EDA技术是在电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统，是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程在计算机上自动处理完成。自20世纪80年代初期诞生至今，自动化软件（组态软件）已有20年的发展历史。应该说组态软件作为一种应用软件，是随着PC机的兴起而不断发展的。80年代的组态软件，像Onspec、Paragon500、早期的FIX等都运行在DOS环境下，图形界面的功能不是很强，软件中包含着大量的控制算法，这是因为DOS具有很好的实时性。90年代，随着微软的Windows3.0风靡全球，以Wonderware公司的Intouch为代表的人机界面软件开创了Windows下运行工控软件的先河，由于Windows3.0不具备实时性，所以当时，80年代已成名的自动化软件公司在对于操作系统的支持上，或按兵不动，或将组态软件从DOS向OS/2移植，人们这样做的原因，是大家都认为工控软件必须具有很强的实时性和控制能力，必须运行在一个具备实时性的操作系统下，像DOS、OS/2、WinNT（1993年才推出）等。历史证明，在当时的硬件条件下，上位机做人机界面切中了用户的需求，Wonderware因而在不长的时间内成为全球最大的独立自动化软件厂商，而在80年代靠DOS版组态软件起家，后来向OS/2移植的公司后来基本上都没落了。现在对EDA的概念或范畴用得很宽。包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA的应用。由于在电子系统设计领域中的明显优势，基于大规模可编程器件解决方案的EDA技术及其应用在近年中有了巨大的发展，将电子设计技术再次推向又一崭新的历史阶段。这些新的发展大致包括这样6个方面：①新器件；②新工具软件；③嵌入式系统设计；④DSP系统设计；⑤计算机处理器设计；⑥与ASIC市场的竞争技术。以下将分别予以说明。1、新器件由于市场产品的需求和市场竞争的促进，成熟的EDA工具所能支持的，同时标志着最新EDA工具所能支持的，同时标志着最新EDA技术发展成果的新器件不断涌现，其特点主要表现为：（1）大规模。（2）低功耗（3）模拟可编程。（4）含多种专用端口和附加功能模块的FPGA。2、新工具软件为了适应更大规模FPGA的开发，包括片上系统的DSP的开发，除了第三方EDA公司不断更新的通用EDA工具外，主要PLD供应商也相继推出，并适时升级其EDA开发工具。3、在FPGA中植入嵌入式系统处理器目前最为常用的嵌入式系统大多采用了含有ARM的32位知识产权处理器核的器件。但是，这种将IP硬核植入FPGA的解决方案存在5种不够完美之处。但是如果利用软核嵌入式系统处理器就能有效地解决那五种不利因素。它们分别是Altera的Nios核与Xilinx的MicroBlaze。特别是前者。在开发工具的完备性方面、对常用的嵌入式操作系统支持方面，Nios都优于MicroBlaze。就成本而言，由于Nios是由Altera直接推出而非第三方产品，故用户通常无需支付知识产权费用，Nios的使用费仅仅是其占用的FPGA的逻辑资源费。因此，选用的FPGA越便宜，则Nios的使用费就越便宜。4、基于FPGA的DSP系统设计在这去很长一段时间内，DSP处理器（如T1的TMS320系列）是DSP应用系统核心器件的唯一选择。尽管DSP处理器具有通过软件设计能适用于不同功能实现的灵活性，但面对当今迅速变化的DSP应用市场，特别是面对现代能信技术的发展，早已显得力不从心了。现代大容量、高速度的FPGA的出现，克服了上述方案的诸多不足。在这些FPGA中，一般都内嵌有可配置的高速RAM、PLL、LVDS、LVTTL以及硬件乘法累加器等DSP模块。用FPGA来实现数字信号处理可以很好地解决并行性和速度问题，而且其灵活的可配置特性，使得FPGA构成的DSP系统非常易于修改、易于测试及硬件升级。5、计算机处理器设计EDA技术与FPGA在通信领域中的成功已是众所周知的事实了，而对于一般的处理器的实现也已司空见惯。如利用硬件描述语言设计嵌入式系统处理器、各类CPU或单片机等，并以软核的形式在FPGA中实现。但利用FPGA实现高性能的处理器，乃至超级计算机处理器的功能，不能不说是一项崭新的尝试。目前，尽管基于EDA技术的计算机处理器的FPGA实现尚未进入全面的商业化开发阶段，但其研究和应用的成果却不得不令人深感FPGA在这一领域中的巨大潜力和广阔的市场。6、与ASIC市场的竞争技术尽管EDA技术开发对象是ASIC和FPGA，但它们在应用领域中的优势和劣势的对比历来十分鲜明。然而在近年来，随着EDA开发工具功能的不断加强，FPGA器件性能的提高，这种对比在许多方面正在趋于模糊。一方面，相对于ASIC应用市场，具有竞争力的FPGA器件的出现，使FPGA原来在单片成本、逻辑规模和工作速度等方面相对于ASIC的劣势越来越小，而其巨大的灵活性、现场可配置性（相当于现场硬件升级或硬件重构）、良好的设计效率和成功率，使得FPGA成为ASIC市场竞争者的地位不断强化。Altera推出的Cyclone系列FPGA和Xilinx推出的Spartan-3系列FPGA都称为此类大规模可编程器件的代表。当然这只是一种间接的竞争与替代。另一方面，通过强化EDA工具的设计能力，在保持FPGA开发优势的前提下，引入ASIC的开发流程，从而对ASIC市场形成直接竞争。这就是Altera推出的HardCopy技术。由于EDA技术是面向解决电子系统最基本最低层硬件实现问题的技术，因此就其发展趋势的横向看，势必涉及越来越广阔的电子技术及电子设计技术领域。其中包括电子工程、电子信息、通信、航天航空、工业自动化、家电、生物工程等等。而且随着大规模集成电路技术的发展和EDA工具软件功能的不断加强，所涉及的领域还将不断扩大；而从纵向看，EDA技术实现的硬件形式和涉及的理论模型必将走向一个统一的结合体，即单片系统SOC或SOPC。