電子設計自動化技術及其應用簡述

張彥超

摘要：隨著計算機和電子技術的廣泛應用，電子工程的發展已經呈現出超速發展的態勢。其中，EDA技術成為了現如今電子工程技術之中的一個重要科學技術。文章主要闡述了EDA技術的概念、特點、作用以及其設計的領域。

關鍵詞：EDA；自動化；硬件設計

1 電子設計自動化技術的基本含義及現狀

電子設計自動化（Electronic Design Automation，EDA）技術是以計算機科學和微電子技術發展為先導，匯集了計算機圖形學、拓撲邏輯學、微電子工藝與結構學和計算數學等多種計算機應用學科最新成果的先進技術，它是在先進的計算機工作平臺上開發出的一整套電子系統設計的軟件工具。從上個世紀中葉開始，相關的科學技術人員相繼研發出種類繁多的計算機輔助設計工具，通過這些工具幫助設計研究人員完成電子系統和集成電路的作業設計，也正是因為這樣，EDA技術的發展在集成電路飛速發展的嚴峻形勢下，也不得不完成自身技術的創新與飛躍，為更大規模龐大的集成電路系統設計與制造提供更多的支持，以此來適應社會生活和生產的需要。

EDA是從20世紀60年代中期的計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）、計算機輔助測試（CAT）和計算機輔助工程（CAE）的概念中中發展過來的，它是電子設計自動化的縮寫。EDA技術就是以計算機作為主要工具，在EDA軟件的工作平臺上，設計者使用硬件描述語言VHDL來進行設計，而后由計算機自動的完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優化、布局、布線和仿真，直至對于特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。這一技術是電子計算機、微電子操作技術、電路知識、信息收集分析和信號處理等多項技術的結晶。

如今對EDA概念的詮釋延伸了很多領域，不僅僅局限于某一行業內。在機械、通信、電子、航空航天、礦產、化工、醫學、生物、軍事等領域內，都會發現有EDA技術的身影。EDA在教學、科研、產品設計與制造等多個方面都能夠發揮出其重要的作用。在教學方面，現在EDA課程幾乎都要遍及到所有理工科類的高等院校，是一項熱門的科學專業。學校傳授的EDA技術，主要是要讓學生認識、了解EDA的基本概念和基本的理論，能夠掌握運用HDL語言編寫簡單的規范、了解掌握邏輯綜合的理論和算法，能夠運用EDA技術平臺獨立進行電子電路課程的實驗驗證并從事簡單系統的設計。一般學習電路仿真工具（如multiSIM、PSPICE）和PLD開發工具（如Altera/Xilinx的器件結構及開發系統）?？蒲蟹矫嬷饕秒娐贩抡婀ぞ撸╩ultiSIM或PSPICE）進行電路設計與仿真；利用虛擬儀器進行產品測試；將CPLD/FPGA器件實際應用到儀器設備中；從事PCB設計和ASIC設計等。在產品設計與制造方面，包括計算機仿真，產品開發中的EDA工具應用、系統級模擬及測試環境的仿真，生產流水線的EDA技術應用、產品測試等各個環節。EDA軟件的功能日益強大，原來功能比較單一的軟件，現在增加了很多新用途。如AutoCAD軟件可用于機械及建筑設計，也擴展到建筑裝璜及各類效果圖、汽車和飛機的模型、電影特技等領域。

2 EDA技術的特點

EDA技術是一種基于計算機和信息技術為一體的電子系統設計技術。這門技術以其自頂向下的設計程序確保了整套設計方案的科學合理。EDA技術具有以下幾個特點：①系統的硬件設計采用的是電子軟件平臺；②設計出來的軟件系統到實現硬件系統的過程是由開發軟件獨立自動完成的；③在設計的過程中可以使用很多相關軟件進行具體的仿真；④具有高層綜合和優化的功能；⑤有大規模的可編程器件來實現系統；⑥系統升級靈活，可以在現場進行編程；⑦操作環境開放性、標準化，能夠實現資源共享和技術移植；⑧平面規劃技術的使用，可以將邏輯綜合和物理版圖設計進行聯合管理；⑨支持團隊式合作，可以共同協作、分工設計；⑩由于設計過程是在軟件上進行的，所以在設計過程中可以不斷的進行測試和糾錯，達到所要求的標準。EDA的特點有很多，這些方面使得該項技術在未來有很好的發展前景，在更寬廣的范圍能會得到廣泛的運用。

3 EDA技術的應用

EDA技術使得設計人員無需真正得到設計成果之后才能夠測評，只需在設計過程中不斷地進行仿真、測試、糾錯，就可是實現設計理念的灌輸。在電路設計中可以進行溫度分析和統計分析，以便于確定最適合元件參數、最佳電路結構和系統的穩定程度，能夠方便快捷的優化電路設計。以往的測評都會有一些誤差，出現許多相關的問題，而EDA技術的運用正式解決了這一難題，實現了數據測試和特性分析的目標。

4 常用EDA軟件

4.1 PCB

PCB（Printed-Circuit Board）設計軟件更是種類繁多，如Protel、OrCAD、Viewlogic、PowerPCB、Cadence PSD、MentorGraphices的Expedition PCB、Zuken CadStart、Winboard/Windraft/Ivex-SPICE、PCB Studio、TANGO、PCBWizard（與LiveWire配套的PCB制作軟件包）、ultiBOARD7（與multiSIM2001配套的PCB制作軟件包）等等。它在我國使用的比較早，普及的比較廣泛，在大多數的電路公司都能夠看到使用PCB。PCB設計軟件是一個很完整的、全方位的電路設計系統，是一個較為成熟的設計軟件，它包括了電路設計過程中的全部環節，并且還可以兼容一些其他的設計軟件。

4.2 IC

IC也有很多的設計工具，在ASIC設計領域知名并具有享譽的品牌有Cadence、Mentor Graphics和Synopsys。這三家供應商占有比較大的市場份額，具有相當大的權威性。熊貓2000是我國華大公司提供的ASIC設計軟件。下面按照用途介紹一些IC設計軟件。①設計輸入工具。這是EDA軟件必備的基本功能，這是使用EDA軟件的基本條件。②設計仿真工具。設計、使用EDA進行電路設計，最大的好處就在于不用真實的制作出完成品進行測評，而是通過設計軟件就可以進行仿真，以此來驗證設計理念是否合理，并且通過仿真還可以進行測試、糾錯，完善設計計劃。這大大的提高了設計效率和成品的標準性。③布局和布線。Cadence軟件是在IC設計中布局布線功能比較滿足使用的。

4.3 PLD設計工具

PLD（Programmable Logic Device）是用戶依據自己的實際需求而自行構造邏輯功能的數字集成電路。主要應用的有兩種類型：CPLD（Complex PLD）和FPGA（Fidld Programmable Gate Array）。這兩種類型的基本設計方法主要是通過EDA軟件，以其原理圖、狀態機、布爾表達式、硬件描述語言等方式來實現生成相應的目標文件，而后用編程器或者下載電纜，由目標器件實現。PLD的供應商有很多，其中最知名最權威的商家是Altera、Xilinx和Lattice公司。一般PLD的開發工具都是由生產廠家配送，但科技的進步使得需要的軟件越來越復雜，制造商無法滿足設計的全部需求，而今主要的功能軟件則是由軟件公司和生產廠家聯合提供。

EDA技術的興起，是實現硬件設備設計自動化、智能化的開端。其使用的廣泛、功能的強大、應用工具的多樣使得硬件設計走入了一個新篇章。EDA技術好像電子設計領域爆發的一場新的革命，并且革命正處于高潮階段，每一年都會有大量的新型EDA工具出現，作為電子產品開發研制的動力，采用EDA技術制作的電子產品具有容量大、實時性好、體積小、可靠性高的優點。但是，目前我國的該技術的發展還處于中等水平，遠不及韓國日本等發達國家，所以，廣大的電子設計工程工作者應該盡早地掌握這一前沿技術，不僅是提高效率的需要，更是開發高附加值電子產品的需要。隨著21世紀的到來EDA技術在移動通信系統、衛星系統等對重量、 體積及速度敏感的領域將具有重要的實用價值。根據最新的統計結果顯示，我國和印度正在成為EDA技術設計方面發展最快的兩個市場，相信在不久的將來，我國的科技工作者和設計團隊會趕上世界先進水平，將這一優秀的電子設計技術更好的應用到社會發展的各個領域，為祖國建設提供更好的技術支持。