EDA 技術在實驗教學中的應用

王曉峰

(長春大學電子信息工程學院,吉林長春 130022)

EDA是電子設計自動化 (Electronic Design Automation)的縮寫。EDA技術作為現代電子設計最新技術的結晶,其廣闊的應用前景和深遠的影響已毋庸置疑,它在信息工程類專業中的基礎地位和核心作用也逐漸被人們所認識。許多高等院校開設了相應的課程,并為學生提供了課程設計、綜合實驗、電子設計競賽、畢業設計、科學研究和產品開發等EDA技術的綜合應用實踐環節。相關的工程技術人員也特別重視學習EDA技術,并渴望提高其工程應用能力。因此,EDA技術正是為了適應現代電子產品設計的要求,伴隨著計算機、集成電路、電子系統設計的發展,吸收數據庫、圖形學、圖論與拓撲邏輯、計算數學、優化理論等多學科最新成果而逐步形成的一門新技術。

1 EDA技術的基本特征

現代EDA技術的基本特征是采用高級語言描述,具有系統級仿真和綜合能力,具有開放式的設計環境及豐富的元器件模型庫等。

1.1 硬件描述語言設計輸入 硬件描述語言輸入是現代EDA系統的主要輸入方式。與傳統的原理圖輸入設計方法相比,硬件描述語言更適合于規模日益增大的電子系統,它還是進行邏輯綜合優化的重要工具。硬件描述語言可以使得設計者在比較抽象的層次上進行描述設計的結構和內部特征。

1.2 “自頂向下”設計方法 “自頂向下”設計方法是一種概念驅動的設計方法。該方法要求在整個設計過程中盡量運用概念 (即抽象)去描述和分析設計對象,而不要過早地考慮實現該設計的具體電路、元器件和工藝,整個設計在概念上的演化從頂層到底層應當逐步由概括到展開、由粗略到精細。

“自頂向下”設計方法一般是在系統劃分和分解的基礎上先進行單元設計,在單元的精心設計后逐步向上進行功能塊設計,然后再進行子系統的設計,最后完成系統的總設計。

1.3 邏輯綜合與優化 邏輯綜合是將最新的算法與工程界多年積累的設計經驗結合起來,自動地將用真值表、狀態圖或VHDL硬件描述語言等所描述的數字系統轉化為滿足設計性能指標要求的邏輯電路,并對電路進行速度、面積等方面的優化。

邏輯綜合的特點是將高層次的系統行為設計自動翻譯成門級邏輯的電路描述,做到了設計與工藝的相互獨立。邏輯綜合的作用是根據一個系統的邏輯功能與性能的要求,在一個包含眾多結構、功能和性能均已知的邏輯元器件的邏輯單元庫的支持下,尋找出一個邏輯網絡結構的最佳 (至少是較佳的)實現方案。

1.4 開放性和標準化 開放式的設計環境也稱為框架機構。框架是一種軟件平臺結構,它在EDA系統中負責協調設計過程和管理設計數據,實現數據與工具的雙向流動,為EDA工具提供合適的操作環境。任何一個EDA系統只要建立了一個符合標準的開放式框架結構,就可以接納其他廠商的EDA工具一起進行設計工作。

1.5 庫 EDA工具必須配有豐富的庫 (Library),包括元器件圖形符號庫、元器件模型庫、工藝參數庫、標準單元庫、可復用的電路模塊庫、IP庫等,才能夠具有強大的設計能力和較高的設計效率。

2 EDA技術的發展趨勢

現代EDA技術已經不是某學科的分支或某種新的技能技術,而是一門綜合性學科,它融合多學科于一體,又滲透于各學科之中,打破了軟件與硬件間的壁壘,使計算機的軟件技術與硬件實現、設計效率和產品性能合二為一,它代表了現代電子技術和應用技術的發展方向。

面對當今飛速發展的電子產品市場,設計者需要更加實用、快捷的EDA工具,使用統一的集成化設計環境,改變傳統設計思路,將精力集中到設計構思、方案比較和尋找優化設計等方面,需要以最快的速度,開發出性能優良、質量一流的電子產品,對EDA技術提出了更高的要求。未來的EDA技術將在仿真、時序分析、集成電路自動測試、高速印刷電路板設計及開發操作平臺的擴展等方面取得新的突破,向著功能強大、簡單易學、使用方便的方向發展。

3 EDA技術在實驗教學中的應用

在實驗教學中應用EDA技術,對于實現實驗教學效果有以下優勢:提高實驗的可靠性,提高學生的實踐能力和動手能力,提高實驗的開放性,提高實驗效率,彌補實驗教學條件的不足。

在教學方面,幾乎所有理工科 (特別是電子信息)類的高校都開設了EDA課程。其目的是讓學生了解EDA的基本概念和基本原理,掌握用VHDL語言編寫規范,掌握邏輯綜合的理論和算法,使用EDA工具進行電子電路課程的實驗驗證并從事簡單系統的設計。我們學校主要是在CPLD/FPG A實驗過程中,通過Altera公司的Max+PlusII軟件、Lattice公司的ispEXPERT軟件和Xilinx公司的Foundation軟件,運用VHDL語言對電子設計過程進行編譯、邏輯綜合、功能仿真、芯片的引腳鎖定、時序仿真和編程下載等操作。

4 總結

EDA技術是順應迅速發展的通訊技術、電子技術、自動化控制等技術的需要而發展起來的,它使硬件軟件化變為現實,國內電子行業已逐漸將EDA技術應用于電子系統設計中。

總之,EDA技術與數字電子技術實驗教學的結合是現代教育發展的趨勢,是對舊的教學內容和模式加以改革的結果。把EDA技術引入到數字電路教學和實驗教學中,對舊的教學內容和模式加以改革,激發了學生對實驗的興趣,提高了教學效率。同時也培養學生的創新意識和創新能力,提高學生的競爭能力,適應了市場的需要。

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