EDA 技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

王曉峰

(長(zhǎng)春大學(xué)電子信息工程學(xué)院,吉林長(zhǎng)春 130022)

EDA是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化 (Electronic Design Automation)的縮寫(xiě)。EDA技術(shù)作為現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)最新技術(shù)的結(jié)晶,其廣闊的應(yīng)用前景和深遠(yuǎn)的影響已毋庸置疑,它在信息工程類專業(yè)中的基礎(chǔ)地位和核心作用也逐漸被人們所認(rèn)識(shí)。許多高等院校開(kāi)設(shè)了相應(yīng)的課程,并為學(xué)生提供了課程設(shè)計(jì)、綜合實(shí)驗(yàn)、電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、畢業(yè)設(shè)計(jì)、科學(xué)研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等EDA技術(shù)的綜合應(yīng)用實(shí)踐環(huán)節(jié)。相關(guān)的工程技術(shù)人員也特別重視學(xué)習(xí)EDA技術(shù),并渴望提高其工程應(yīng)用能力。因此,EDA技術(shù)正是為了適應(yīng)現(xiàn)代電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求,伴隨著計(jì)算機(jī)、集成電路、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展,吸收數(shù)據(jù)庫(kù)、圖形學(xué)、圖論與拓?fù)溥壿?、?jì)算數(shù)學(xué)、優(yōu)化理論等多學(xué)科最新成果而逐步形成的一門新技術(shù)。

1 EDA技術(shù)的基本特征

現(xiàn)代EDA技術(shù)的基本特征是采用高級(jí)語(yǔ)言描述,具有系統(tǒng)級(jí)仿真和綜合能力,具有開(kāi)放式的設(shè)計(jì)環(huán)境及豐富的元器件模型庫(kù)等。

1.1 硬件描述語(yǔ)言設(shè)計(jì)輸入 硬件描述語(yǔ)言輸入是現(xiàn)代EDA系統(tǒng)的主要輸入方式。與傳統(tǒng)的原理圖輸入設(shè)計(jì)方法相比,硬件描述語(yǔ)言更適合于規(guī)模日益增大的電子系統(tǒng),它還是進(jìn)行邏輯綜合優(yōu)化的重要工具。硬件描述語(yǔ)言可以使得設(shè)計(jì)者在比較抽象的層次上進(jìn)行描述設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和內(nèi)部特征。

1.2 “自頂向下”設(shè)計(jì)方法 “自頂向下”設(shè)計(jì)方法是一種概念驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方法。該方法要求在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中盡量運(yùn)用概念 (即抽象)去描述和分析設(shè)計(jì)對(duì)象,而不要過(guò)早地考慮實(shí)現(xiàn)該設(shè)計(jì)的具體電路、元器件和工藝,整個(gè)設(shè)計(jì)在概念上的演化從頂層到底層應(yīng)當(dāng)逐步由概括到展開(kāi)、由粗略到精細(xì)。

“自頂向下”設(shè)計(jì)方法一般是在系統(tǒng)劃分和分解的基礎(chǔ)上先進(jìn)行單元設(shè)計(jì),在單元的精心設(shè)計(jì)后逐步向上進(jìn)行功能塊設(shè)計(jì),然后再進(jìn)行子系統(tǒng)的設(shè)計(jì),最后完成系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)。

1.3 邏輯綜合與優(yōu)化 邏輯綜合是將最新的算法與工程界多年積累的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)結(jié)合起來(lái),自動(dòng)地將用真值表、狀態(tài)圖或VHDL硬件描述語(yǔ)言等所描述的數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為滿足設(shè)計(jì)性能指標(biāo)要求的邏輯電路,并對(duì)電路進(jìn)行速度、面積等方面的優(yōu)化。

邏輯綜合的特點(diǎn)是將高層次的系統(tǒng)行為設(shè)計(jì)自動(dòng)翻譯成門級(jí)邏輯的電路描述,做到了設(shè)計(jì)與工藝的相互獨(dú)立。邏輯綜合的作用是根據(jù)一個(gè)系統(tǒng)的邏輯功能與性能的要求,在一個(gè)包含眾多結(jié)構(gòu)、功能和性能均已知的邏輯元器件的邏輯單元庫(kù)的支持下,尋找出一個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的最佳 (至少是較佳的)實(shí)現(xiàn)方案。

1.4 開(kāi)放性和標(biāo)準(zhǔn)化 開(kāi)放式的設(shè)計(jì)環(huán)境也稱為框架機(jī)構(gòu)?？蚣苁且环N軟件平臺(tái)結(jié)構(gòu),它在EDA系統(tǒng)中負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)過(guò)程和管理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與工具的雙向流動(dòng),為EDA工具提供合適的操作環(huán)境。任何一個(gè)EDA系統(tǒng)只要建立了一個(gè)符合標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放式框架結(jié)構(gòu),就可以接納其他廠商的EDA工具一起進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。

1.5 庫(kù) EDA工具必須配有豐富的庫(kù) (Library),包括元器件圖形符號(hào)庫(kù)、元器件模型庫(kù)、工藝參數(shù)庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)、可復(fù)用的電路模塊庫(kù)、IP庫(kù)等,才能夠具有強(qiáng)大的設(shè)計(jì)能力和較高的設(shè)計(jì)效率。

2 EDA技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)代EDA技術(shù)已經(jīng)不是某學(xué)科的分支或某種新的技能技術(shù),而是一門綜合性學(xué)科,它融合多學(xué)科于一體,又滲透于各學(xué)科之中,打破了軟件與硬件間的壁壘,使計(jì)算機(jī)的軟件技術(shù)與硬件實(shí)現(xiàn)、設(shè)計(jì)效率和產(chǎn)品性能合二為一,它代表了現(xiàn)代電子技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展方向。

面對(duì)當(dāng)今飛速發(fā)展的電子產(chǎn)品市場(chǎng),設(shè)計(jì)者需要更加實(shí)用、快捷的EDA工具,使用統(tǒng)一的集成化設(shè)計(jì)環(huán)境,改變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思路,將精力集中到設(shè)計(jì)構(gòu)思、方案比較和尋找優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面,需要以最快的速度,開(kāi)發(fā)出性能優(yōu)良、質(zhì)量一流的電子產(chǎn)品,對(duì)EDA技術(shù)提出了更高的要求。未來(lái)的EDA技術(shù)將在仿真、時(shí)序分析、集成電路自動(dòng)測(cè)試、高速印刷電路板設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)操作平臺(tái)的擴(kuò)展等方面取得新的突破,向著功能強(qiáng)大、簡(jiǎn)單易學(xué)、使用方便的方向發(fā)展。

3 EDA技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用EDA技術(shù),對(duì)于實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果有以下優(yōu)勢(shì):提高實(shí)驗(yàn)的可靠性,提高學(xué)生的實(shí)踐能力和動(dòng)手能力,提高實(shí)驗(yàn)的開(kāi)放性,提高實(shí)驗(yàn)效率,彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件的不足。

在教學(xué)方面,幾乎所有理工科 (特別是電子信息)類的高校都開(kāi)設(shè)了EDA課程。其目的是讓學(xué)生了解EDA的基本概念和基本原理,掌握用VHDL語(yǔ)言編寫(xiě)規(guī)范,掌握邏輯綜合的理論和算法,使用EDA工具進(jìn)行電子電路課程的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證并從事簡(jiǎn)單系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。我們學(xué)校主要是在CPLD/FPG A實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,通過(guò)Altera公司的Max+PlusII軟件、Lattice公司的ispEXPERT軟件和Xilinx公司的Foundation軟件,運(yùn)用VHDL語(yǔ)言對(duì)電子設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行編譯、邏輯綜合、功能仿真、芯片的引腳鎖定、時(shí)序仿真和編程下載等操作。

4 總結(jié)

EDA技術(shù)是順應(yīng)迅速發(fā)展的通訊技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)化控制等技術(shù)的需要而發(fā)展起來(lái)的,它使硬件軟件化變?yōu)楝F(xiàn)實(shí),國(guó)內(nèi)電子行業(yè)已逐漸將EDA技術(shù)應(yīng)用于電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。

總之,EDA技術(shù)與數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的結(jié)合是現(xiàn)代教育發(fā)展的趨勢(shì),是對(duì)舊的教學(xué)內(nèi)容和模式加以改革的結(jié)果。把EDA技術(shù)引入到數(shù)字電路教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,對(duì)舊的教學(xué)內(nèi)容和模式加以改革,激發(fā)了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣,提高了教學(xué)效率。同時(shí)也培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力,提高學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)能力,適應(yīng)了市場(chǎng)的需要。

[1]譚會(huì)生,瞿遂春.EDA技術(shù)綜合應(yīng)用實(shí)例與分析[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2004.

[2]潘松,黃繼業(yè).EDA技術(shù)使用教程[M].北京:科學(xué)出版社,2002.

[3]譚會(huì)生,張昌凡.EDA技術(shù)及應(yīng)用[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2002.

[4]徐志軍,王金明,尹廷輝.EDA技術(shù)與VHDL設(shè)計(jì)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009.