EDA的发展过程

1EDA的发展过程作为电子设计技术的核心的EDA技术是指以计算机为工作平台研制成的电子CAD通用软件包，融合了计算机技术、应用电子技术、智能化技术的最新成果。EDA主要能辅助进行IC设计、PCB设计和电子电路设计这三方面的设计工作，已有30年的发展历程，大致可分为以下三个阶段：CAD阶段，CAE阶段和EDA阶段。起源于九十年代的电子系统自动化技术代表了当今电子设计技术的最新发展方向，高层次的电子设计方法，它通过“自顶向下”的设计方法，对整个系统进行功能划分。系统的关键电路通过专用集成电路实现，然后采用HDL完成系统行为级设计，最后通过综合器和适配器生成最终的目标器件。下面重点介绍与EDA基本特征密切相关的4个概念：1．“自顶向下”的设计方法：上世纪的最后一个十年开始前，电子设计人员设计系统的方法主要为选用标准集成电路“自底向上”地构造需要实现的系统，但这种方法在长期的生产实践中被证明是成本高、效率低和容易出错的。于是设计人员开始了新的设计方法的探究，改为使用“自顶向下”的设计方法。这种全新的设计方法首先从系统设计入手，在系统顶层进行功能方框图的划分（由于设计的主要仿真和调试过程是在高层次上完成的，这既有利于早期发现结构设计上的错误，避免设计工作的浪费，又减少了逻辑功能仿真的工作量）。然后，设计人员在方框图一级进行仿真、纠错和用硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述，并进行系2统一级的进行验证。最后，用综合优化工具生成具体门电路的网络表，并可通过印刷电路板或专用集成电路进行硬件实现。2．采用ASIC芯片进行设计：随着设计现代电子产品的复杂度日益提高一个电子系统可能需要包含成千上万个中小规模集成电路，这就带来了体积和功耗的显著增大和系统整体可靠性的降低。为了解决这个问题设计人员研发了通过ASIC芯片进行设计的方法。ASIC芯片又可分为以下三种：(一)全定制ASIC：芯片上所有晶体管的几何图形和工艺规则均由设计师定义。设计师将设计结果交由厂家进行掩模制造并由后者做出产品。通过这种设计方法，芯片面积利用率高、低功耗的且速度快，具有最优的性能。但由于需要设计师进行全局的精密设计和验证，过程难免耗时且费钱。因为这个原因，全定制ASIC只在大批量产品上开发运用。(二)半定制ASIC：半定制ASIC芯片的版图设计通过牺牲芯片性能来缩短开发时间方法。通常包含以下两种方法：门阵列设计法和标准单元设计法。这两种方法约束性的设计方法可以很大程度地简化设计。(三)可编程ASIC：可编程逻辑芯片经历了从PAL到FPGA的发展阶段，最大的特点就是设计人员完成设计后，自己就可以烧制出需要的芯片而无须通过IC厂家进行制造，这使得开发周期得到了相当大的缩短。3目前较为领先的CPLD和FPGA属高密度集成度已高达两百万每门，属于高密度可编程逻辑器件，已成为现代高层次电子设计方法的实现载体。它兼具高集成度和可编程的优点，特别适合于产品的快速先期研制和开发。3.硬件描述语言HDL：在EDA时代，设计师通过HDL软件编程的方式来描述电子系统的逻辑功能、电路结构和连接形式。作为一种用于设计硬件电子系统的计算机语言，HDL与传统的门级描述方式相比更适合大规模系统的设计。如果要实现一个三十二位的加法器，利用VHDL语言实现只需要一行“Z=X＋Y”。如果使用图形输入软件进行设计却需要输入多至五百到一千个逻辑门。且VHDL语言较之有可读性强，易于修改和发现错误的优点。早期的硬件描述语言由不同的EDA厂商开发，互不兼容且不支持多层次设计。层次间翻译工作通过人工实现，这显然给电子系统设计的发展造成了很大的阻碍。为了克服以上不足，1985年美国国防部正式推出了高速集成电路硬件描述语言VHDL.该语言在1987年被IEEE采纳为硬件描述语言标准。作为一种全方位的硬件描述语言，VHDL包括系统行为级、寄存器传输级和逻辑门级多个设计层次,支持结构、数据流和行为三种描述形式的混合描述。因此VHDL几乎覆盖了以往各种硬件描述语言的功能，整个自顶向下或自底向上的电路设计过程都可以用VHDL来完成。不仅如此，VHDL还具有以下优点：具有宽范围描述能力，将设计人员的工作重心提高到了系统功能的实现与调试，而花较少的精力于物理实现；可以用简洁明确的代4码描述来进行复杂控制逻辑的设计，而且也便于设计结果的交流、保存和重用；设计不依赖于特定的器件，方便了平台的转换；作为一个标准语言，被众多的EDA厂商支持，系统移植性好。4．EDA系统框架结构。目前主要的EDA系统都建立了自己的框架结构，如DesignFramework和FalconFramework，且这些框架结构都遵守国际统一技术标准。EDA系统框架结构是一套配置和使用EDA软件包的规范，可以将来自不同EDA厂商的工具软件进行优化组合，集成在一个易于管理的统一的环境之下。通过对任务和设计师之间在整个产品开发过程中的信息进行传输与共享，EDA系统框架结构促进了工程自顶向下的设计方法。电子设计自动化技术的每一次进步,都引起了设计层次上的飞跃。下面主要介绍电路级设计和系统级设计：电路级设计：设计师接受系统设计任务后首先需要确定设计方案并选择能实现该方案的合适元器件。在选定原件后需要根据具体的元器件设计电路原理图。然后可以开始进行包括数字电路的逻辑模拟、故障分析、模拟电路的交直流分析、瞬态分析在内的第一次仿真。在进行系统仿真时，必须要有元件模型库的支持，计算机上模拟的输入输出波形代替了实际电路调试中的信号源和示波器。这一次仿真可以检验设计方案在功能方面的正确性。5第一次仿真之后，在制作PCB板之前还可以进行PCB后分析。其中包括热分析、噪声及窜扰分析、电磁兼容分析、可靠性分析等。软件可将分析后的结果参数反标回电路图，进行第二次仿真。这次仿真主要是用于检验PCB的可行性。通过仿真，电路级的EDA技术可以使电子工程师在实际的电子系统产生前就可以全面地了解系统的功能特性和物理特性。因此可以缩短开发时间、降低开发成本，将开发风险消灭在设计阶段。系统级设计：近二十年来电子信息类产品的开发明显呈现复杂程度提高和上市时限紧迫的特点。但电路级设计本质上是基于门级描述的单层次设计，设计师的所有工作都是在基本逻辑门这一层次上进行。这种设计方法不能适应新的形势，因此，系统级设计方法作为一种高层次的电子设计方法应运而生。高层次设计是一种“概念驱动式”设计。它允许设计人员针对设计目标进行功能描述而无须通过门级原理图描述电路。这无疑使得设计人员摆脱了电路细节的束缚，可以更好地以把精力集中于创造性的方案与概念的构思上。一旦这些概念构思以高层次描述的形式输入计算机，EDA系统就能以规则驱动的方式自动完成整个设计。这样新的概念就能迅速有效地成为产品，从而大大缩短产品的研制周期，提高研发效率。而且，由于高层次设计不涉及实现工艺而只是定义系统的行为特性，因此，还可以在厂家综合库的支持下利用综合优化工具将高层次描述转换成针对某种工艺优化的网络表，使工艺转化变得轻而易举。6综上所述，高速发展着的EDA技术是电子设计领域内一场正在进行着的革命。每年都有新的EDA工具问世，EDA技术的每一个进展都将带来电子设计领域内的一场革新。作为学生，我们需要做的就是努力学习EDA的相关知识，做到为我所用。EDA的强大力量必将为我们今后的工作带来帮助。