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EDA技术
1 EDA技术概述
利用EDA技术(特指IES/ASIC自动设计技术)进行电子系统的设计,具有以下几个特点:①用软件的方式设计硬件;②用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关的开发软件自动完成的;③设计过程中可用有关软件进行各种仿真;④系统可现场编程,在线升级;⑤整个系统可集成在一个芯片上,体积小、功耗低、可靠性高。因此,EDA技术是现代电子设计的发展趋势。
2 EDA发展过程
a) 20世纪70年代的计算机辅助设计CAD阶段
早期的电子系统硬件设计采用的是分立元件,随着集成电路的出现和应用,硬件设计进入到发展的初级阶段。初级阶段的硬件设计大量选用中、小规模标准集成电路。由于设计师对图形符号使用数量有限,因此传统的手工布图方法无法满足产品复杂性的要求,更不能满足工作效率的要求。
b) 20世纪80年代的计算机辅助工程设计CAE阶段
初级阶段的硬件设计是用大量不同型号的标准芯片实现电子系统设计的。随着微电子工艺的发展,相继出现了集成上万只晶体管的微处理器、集成几十万直到上百万储存单元的随机存储器和只读存储器。伴随着计算机和集成电路的发展,EDA技术进入到计算机辅助工程设计阶段。20世纪80年代初推出的EDA工具则以逻辑模拟、定时分析、故障仿真、自动布局和布线为核心,重点解决电路设计没有完成之前的功能检测等问题。利用这些工具,设计师能在产品制作之前预知产品的功能与性能,能生成产品制造文件,使设计阶段对产品性能的分析前进了一大步
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c) 20世纪90年代电子系统设计自动化EDA阶段
为了满足千差万别的系统用户提出的设计要求,最好的办法是由用户自己设计芯片,让他们把想设计的电路直接设计在自己的专用芯片上。微电子技术的发展,特别是可编程逻辑器件的发展,使得微电子厂家可以为用户提供各种规模的可编程逻辑器件,使设计者通过设计芯片实现电子系统功能。
EDA工具的发展,又为设计师提供了全线EDA工具。这个阶段发展起来的EDA工具,目的是在设计前期将设计师从事的许多高层次设计工作由工具来完成,如可以将用户要求转换为设计技术规范,有效地处理可用的设计资源与理想的设计目标之间的矛盾,按具体的硬件、软件和算法分解设计等。由于电子技术和EDA工具的发展,设计师可以在不太长的时间内使用EDA工具,通过一些简单标准化的设计过程,利用微电子厂家提供的设计库来完成数万门ASIC和集成系统的设计与验证。20世纪90年代,设计师逐步从使用硬件转向设计硬件,从单个电子产品开发转向系统级电子产品开发(即片上系统集成,System on a chip)
3 EDA技术的主要内容
1) 大规模可编程逻辑器件
可编程逻辑器件(简称PLD)是一种由用户编程以实现某种逻辑功能的新型逻辑器件。FPGA和CPLD分别是现场可编程门阵列和复杂可编程逻辑器件的简称。现在,FPGA和CPLD器件的应用已十分广泛,它们将随着EDA技术的发展而成为电子设计领域的重要角色。 FPGA 在结构上主要分为三个部分,即可编程逻辑单元,可编程输入/输出单元和可编程连线三个部分。CPLD在结构上主要包括三个部分,即可编程逻辑宏单元,可编程输入/输出单元和可编程内部连线。高集成度、高速度和高可靠性是FPGA/CPLD最明显的特点,其时钟延时可小至ns级。结合其并行工作方式,在超高速应用领域和实时测控方面有着非常广阔的应用前景。
2) 硬件描述语言(HDL)
常用的硬件描述语言有VHDL、Verilog、ABEL。VHDL:作为IEEE的工业标准硬件描述语言,在电子工程领域,已成为事实上的通用硬件描述语言。Verilog:支持的EDA工具较多,适用于RTL级和门电路级的描述,其综合过程较VHDL稍简单,但其在高级描述方面不如VHDL。ABEL:一种支持各种不同输入方式的HDL,被广泛用于各种可编程逻辑器件的逻辑功能设计,由于其语言描述的独立性,因而适用于各种不同规模的可编程器件的设计。有专家认为,在新世纪中,VHDL与Verilog语言将承担几乎全部的数字系统设计任务。
3) 软件开发工具
目前比较流行的、主流厂家的EDA的软件工具有Altera的MAX+plus II、Lattice的ispEXPERT、Xilinx的Foundation Series。MAX+plus II:支持原理图、VHDL和Verilog语言文本文件以及以波形与EDIF等格式的文件作为设计输入,并支持这些文件的任意混合设计。它具有门级仿真器,可以进行功能仿真和时序仿真,能够产生精确的仿真结果。在适配之后,MAX+plus II生成供时序仿真用的EDIF、VHDL和Verilog这三种不同格式的网表文件。它界面友好,使用便捷,被誉为业界最易学易用的EDA的软件,并支持主流的第三方