多種設計輸入手段綜合應用在EDA課程教學中的探討

王心奕 王海迪 高鼎 楊宗愷

摘? 要：本文對于提升數字電子實驗課程以及EDA課程的教學效率及效果進行闡述，從多種設計輸入手段綜合應用EDA技術教育課程這一方面進行剖析，并提出相應的教學策略。

關鍵詞：EDA技術;實驗應用;輸入手段

1關于EDA技術及其特點

EDA（電子設計自動化）技術即是集成電路設計方法中非常重要的組成部分，其影響并決定了所有高性能集成電路的相關設計方法。作為現如今電子設計技術的核心，其通過強大的計算機對以HDL為系統邏輯描述手段完成設計文件，自動完成邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合、結構綜合和邏輯優化和仿真測試等功能。EDA技術將微電子技術和現代電子設計技術結合起來，打破了軟硬件的壁壘，使計算機軟件技術與硬件實現、軟件性能和硬件指標、設計效率和產品性能合二為一，其代表了電子設計技術和應用技術的發展方向。簡單地說，EDA就是立足于計算機工作平臺而開發出來的一整套先進的設計電子系統的軟件工具。傳統的數字系統通常采用搭積木的方式設計，即由一些固定功能的器件加上一定的外圍電路構成模塊，由這些模塊進一步形成各種功能電路，進而構成系統。構成系統的“積木塊”是各種標準芯片，這些芯片的功能是固定的，用戶只能根據需要從這些標準器件中選擇，并按照推薦的電路達成系統。

2關于EDA設計流程

熟悉并理解EDA技術進行設計開發的流程對于正確選擇使用EDA軟件、優化設計項目、提高設計效率都很有幫助。EDA開發設計流程主要是自頂而下，也是EDA軟件本身的組成結構。這有利于有效的排除設計中出現的問題，提高設計效率和設計質量，并總結經驗。

3關于設計輸入手段的綜合應用分析

3.1總述EDA設計輸入手段

EDA工具大致可以分為設計輸入編輯器、仿真器、HDL綜合器、適配器（布局布線器）以及下載器這五個模塊。其中HDL綜合器是將描述語言轉化為硬件電路的重要工具軟件。而作為EDA開發設計流程中的第一環：設計輸入即原理圖或文本編輯，成為了學生在學習EDA技術課程中的起點，同時也是學生開始轉換思維接受EDA技術中設計思路的開始。在具體設計之前，詳細分析設計要求，確認系統的輸入/輸出信號，并為所需要的輸入/輸出信號匹配相應的設計方法，在明確設計要求的基礎上，才能使系統設計有序的開展并進行下去。

將電子系統中一切需要表達的信息以一定的形式輸入到計算機中，其形式通常包括兩大類型：圖形輸入設計方法和文本輸入設計方法。

3.2圖形輸入設計方法

圖形輸入設計方法大多情況下為原理圖輸入設計方法、狀態圖輸入設計方法和波形圖輸入設計方法這三種。在這三者中，學生較易接受原理圖輸入這一類設計方法，其最為接近傳統電子設計方法，設計過程比較直觀，不需要較多電子系統設計的相關知識（如HDL，IP等）。課程中的演示和實驗多能夠便于學生進一步的理解和應用。但原理圖輸入的缺點同樣突出，不同的EDA圖形處理工具對圖形的設計和規則、存檔格式和圖形編譯方式都不同，兼容性差并難以交換和管理;不適合規模較大的電路，其設計易讀性較差，糾錯調整都較為困難;原理圖確定了設計中的電路結構和元件，留給綜合適配的優化空間有限，無法按照用戶需求進行優化，其設計理念與EDA技術設計理念以及自頂向下的設計思路都有較大的偏差。第二種，狀態圖輸入設計方法是運用繪圖的方式根據電路不同的控制調價和轉換方式進行繪制，得出狀態圖，而后由EDA編譯器和綜合器將此狀態變化流程圖形編譯綜合成電路網表。第三種圖形輸入設計方法為波形圖輸入方法，這是將設計的電路視為一個整體，EDA工具即能通過既定的輸入輸出時序波形圖完成對整體的電路設計。

3.3文本輸入設計方法

文本輸入設計方法中重點為HDL文本輸入。這種方式與傳統計算機語言編輯輸入各方面基本一致。其主要就是將某種硬件描述語言的電路設計文本，如VHDL或Verilog HDL的源程序，進行編輯輸入。硬件描述語言進行電路系統設計時設計技術較為齊全，能夠仿真驗證以及各方面優化，其語言標準規范，易于共享和多次使用。目前大多數EDA輸入工具可以把圖形的直觀與HDL的優勢結合起立。其中在EDA技術開發具有十分重要地位的IP通常是以硬件描述語言HDL源文件的形式出現，應用開發過程與普通HDL設計十分相似。總體來看，HDL輸入設計仍然是最基本，最有效和最通用的輸入方法。其中硬件語言VHDL是近年來的教學重點。VHDL語言多用并行執行方式而非一般程序語言的順序執行。其優點較為突出，系統硬件描述能力強，適合較大的項目以及團隊開發;設計獨立性強;編寫模塊很容易實現共享和復用;可以在項目進行早期對于功能可行性的仿真模擬;程序可讀性很好，符合人類思維習慣。

4結論

綜上所述，本文有利于EDA教學初始部分，促進學生盡快入門并理解EDA設計理念和其開發中多種設計輸入手段的綜合。通過分析可以看出，輸入設計方法在EDA技術課程中有著重要的地位，同時也是學生們理解的盲點。通過實踐和教學兩方面的同時改善，可以使學生們在EDA技術課程中掌握一定的語言編寫規范、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著手簡單系統的設計。

作者簡介

王心奕（1997—），女，漢，北京，本科，上海理工大學。