淺談EDA技術

何偉

摘要：由于電子技術的飛速發展，使得基于EDA技術的電子系統設計方法得以廣泛應用。EDA技術已成為現代系統設計和電子產品研發的有效工具，成為電子工程師應具備的基本能力。本文先介紹了EDA技術的發展過程，并對其基本特點予以詳細敘述，最后對其發展趨勢予以展望。

關鍵詞：電子系統；EDA技術；設計方法

1、前言

隨著計算機技術和集成電路的飛速發展，電子技術面臨著嚴峻的挑戰。由于電子產品的研發周期不斷縮短，專用集成電路（ASIC）的設計面臨著設計周期越來越短與設計難度不斷提高的矛盾。為了解決這一矛盾，就有必要采用新的電子電路設計方法和相應的設計工具，在此情況下，EDA （E1echonics Design Automation，即電子設計自動化）技術也就應運而生。

2、EDA技術發展概況

電子設計自動化技術是在計算機平臺上利用計算機圖形學、拓撲邏輯學、計算數學以及人工智能等多種計算機應用技術的最新成果基礎上而開發出來的一種電子系統設計工具，同時相應提出了先進的電子系統設計方法，是一種幫助電子設計工程師更加有效地從事電子產品和系統設計的綜合技術。該技術至今已有40多年的發展歷程，大致可以分為三個發展階段：

（1）CAD （計算機輔助設計）階段

這個階段始于20世紀70年代，由于研制了一些相應的軟件工具，因此其主要特征是利用計算機輔助進行PCB 布線、電路模擬、邏輯模擬及版圖的繪制等，從而使電子系統設計人員能夠借助計算機輔助設計軟件從大量繁瑣、重復的計算和繪圖工作中解脫出來，使設計周期得以縮短，設計效率顯著提高。

（2）CAE（計算機輔助工程設計）階段（20 世紀八九十年代中期）

這一階段始于20世紀80年代，由于在集成電路技術、電子系統設計方法學和設計工具集成化等方面獲得了許多技術上的迅速發展。使得各種設計工具，如原理圖輸入、編譯與連接、邏輯模擬、測試碼生成、版圖自動布局和布線以及各種單元庫等得以豐富和完善。其主要特征是以定時分析、邏輯摸擬、故障仿真、自動布局布線為核心，重點解決了電子電路設計過程中的功能檢測等問題，從而使得電子產品的設計在制作之前就能夠預知產品的功能與性能。

（3）EDA 階段

這一階段始于20 世紀 90 年代，其主要特征是以高級描述語言、系統仿真和綜合技術為特點，采用“自頂向下”的設計理念，將設計前期的許多高層次設計由EDA工具來完成。這種方法不僅極大地提高了電路系統的設計效率，而且使設計者從大量的輔助性工作中解脫出來，能夠將精力集中于方案的創造性與概念的構思上。

目前EDA技術已經進入第四個發展階段，即進入以互連為核心的IDD（Interactive Driving Design）設計方式的發展階段。該階段工程師在進行系統項目上游設計時，通過將下游物理設計中制約條件同時考慮進去，從而使芯片系統的工作更加穩定可靠。

3、EDA技術的基本特點

EDA代表了當今電子設計技術的最新發展方向，電子設計工程師們可以利用EDA工具設計復雜電子系統，通過計算機來完成大量繁瑣的設計工作，即就是將電子產品從電路設計、性能分析到設計出IC版圖的整個過程都在計算機上自動處理完成。該技術具有以下一些特點：

（1） 自頂向下的設計方法。

“自頂向下”（Top- Down）是一種全新的設計方法，這種設計方法從設計的總體要求入手，自頂向下將整個系統設計劃分為不同的功能子模塊，即在頂層進行功能方劃分和結構設計。這樣可以在方框圖一級就進行仿真和糾錯，并能用硬件描述語言對高層次的系統行為進行描述，從而在系統一級就能進行驗證，然后由EDA綜合工具完成到工藝庫的映射。由于設計的主要仿真和糾錯過程是在高層次上完成的，這種方法有利于在早期發現結構設計上的錯誤，從而避免設計工作中的浪費，同時也大大減少了邏輯功能仿真的工作量，提高了設計效率。

（2） 可編程邏輯器件PLD

可編程邏輯器件是一種由用戶編程以實現某種電子電路功能的新型器件，PLD 可分為低密度和高密度兩種。其中低密度 PLD 器件的編程都需要專用的編程器，屬于半定制的專用集成電路器件，而高密度 PLD 就是EDA 技術中經常用到的復雜可編程邏輯器件（CPLD）、現場可編程門陣列（FPGA）以及在系統可編程邏輯器件（ISP-PLD）等，它們屬于全定制ASIC 芯片，編程時僅需以 JTAG 方式與計算機并口相連即可。

（3） 硬件描述語言

硬件描述語言（HDL- Hardware Description Language）是一種用于設計硬件電子系統的計算機高級語言，就是用軟件編程的方式來描述復雜電子系統的邏輯功能、電路結構和連接形式。硬件描述語言是EDA技術的重要組成部分，是EDA設計開發中很重要的軟件工具。其中VHDL即超高速集成電路硬件描述語言，是電子設計中主流的硬件描述語言，用VHDL進行電子系統設計的一個優點是使設計者可以專心致力于其功能的實現，而不需要對與工藝有關的因素上花費過多的時間和精力。

4、EDA技術的發展趨勢

隨著科技水平的提高，電子產品的更新換代日新月異，而EDA技術作為各類電子產品研發的源動力，自然而然成為現代電子系統設計的核心。

進入21世紀以來，電子技術已經全方位納入到EDA領域，EDA技術使得電子領域各學科之間的界限愈加模糊，相互間互為包容，其發展趨勢主要表現在以下幾個方面：EDA技術要生存就必須適應市場發展趨勢，要專注于技術創新，而EDA產品技術創新的重點將體現在系統級驗證及可制造性設計（DFM ）兩大領域；使電子設計成果將以自主知識產權（IP）的方式得以明確表達和確認，IP的合理應用是產品設計流程得以加速的一個有效途徑；一體化的設計工具平臺使用戶受益于統一的用戶界面，避免了在不同的工具之間進行數據相互轉換等繁瑣的操作過程；描述語言一直是EDA業中重要的一環，然而隨著IC復雜度的不斷提高，從更高層次入手對系統進行描述是描述語言未來的發展方向；隨著EDA技術在全世界范圍內的飛速發展，使得基于Linux環境的EDA技術將成為電路設計領域的主流。

EDA技術應用廣泛，如今已涉及到各行各業，EDA技術水平也在不斷提高，設計工具趨于完美，EDA市場也日趨成熟。

5、結束語

隨著集成電路技術和計算機技術的飛速發展，電子系統的設計方法和設計手段都發生了巨大的變化。傳統的“固定功能集成塊加連線”的設計方法正逐步地退出歷史舞臺，而基于專用芯片的設計方法正成為現代電子系統設計的主流。

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（作者單位：陜西理工學院物理與電信工程學院，陜西 漢中 723001）