電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)及其應(yīng)用簡(jiǎn)述

張彥超

摘要：隨著計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，電子工程的發(fā)展已經(jīng)呈現(xiàn)出超速發(fā)展的態(tài)勢(shì)。其中，EDA技術(shù)成為了現(xiàn)如今電子工程技術(shù)之中的一個(gè)重要科學(xué)技術(shù)。文章主要闡述了EDA技術(shù)的概念、特點(diǎn)、作用以及其設(shè)計(jì)的領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：EDA；自動(dòng)化；硬件設(shè)計(jì)

1 電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的基本含義及現(xiàn)狀

電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（Electronic Design Automation，EDA）技術(shù)是以計(jì)算機(jī)科學(xué)和微電子技術(shù)發(fā)展為先導(dǎo)，匯集了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、拓?fù)溥壿媽W(xué)、微電子工藝與結(jié)構(gòu)學(xué)和計(jì)算數(shù)學(xué)等多種計(jì)算機(jī)應(yīng)用學(xué)科最新成果的先進(jìn)技術(shù)，它是在先進(jìn)的計(jì)算機(jī)工作平臺(tái)上開(kāi)發(fā)出的一整套電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件工具。從上個(gè)世紀(jì)中葉開(kāi)始，相關(guān)的科學(xué)技術(shù)人員相繼研發(fā)出種類(lèi)繁多的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具，通過(guò)這些工具幫助設(shè)計(jì)研究人員完成電子系統(tǒng)和集成電路的作業(yè)設(shè)計(jì)，也正是因?yàn)檫@樣，EDA技術(shù)的發(fā)展在集成電路飛速發(fā)展的嚴(yán)峻形勢(shì)下，也不得不完成自身技術(shù)的創(chuàng)新與飛躍，為更大規(guī)模龐大的集成電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造提供更多的支持，以此來(lái)適應(yīng)社會(huì)生活和生產(chǎn)的需要。

EDA是從20世紀(jì)60年代中期的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（CAT）和計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）的概念中中發(fā)展過(guò)來(lái)的，它是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化的縮寫(xiě)。EDA技術(shù)就是以計(jì)算機(jī)作為主要工具，在EDA軟件的工作平臺(tái)上，設(shè)計(jì)者使用硬件描述語(yǔ)言VHDL來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，而后由計(jì)算機(jī)自動(dòng)的完成邏輯編譯、化簡(jiǎn)、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線(xiàn)和仿真，直至對(duì)于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。這一技術(shù)是電子計(jì)算機(jī)、微電子操作技術(shù)、電路知識(shí)、信息收集分析和信號(hào)處理等多項(xiàng)技術(shù)的結(jié)晶。

如今對(duì)EDA概念的詮釋延伸了很多領(lǐng)域，不僅僅局限于某一行業(yè)內(nèi)。在機(jī)械、通信、電子、航空航天、礦產(chǎn)、化工、醫(yī)學(xué)、生物、軍事等領(lǐng)域內(nèi)，都會(huì)發(fā)現(xiàn)有EDA技術(shù)的身影。EDA在教學(xué)、科研、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造等多個(gè)方面都能夠發(fā)揮出其重要的作用。在教學(xué)方面，現(xiàn)在EDA課程幾乎都要遍及到所有理工科類(lèi)的高等院校，是一項(xiàng)熱門(mén)的科學(xué)專(zhuān)業(yè)。學(xué)校傳授的EDA技術(shù)，主要是要讓學(xué)生認(rèn)識(shí)、了解EDA的基本概念和基本的理論，能夠掌握運(yùn)用HDL語(yǔ)言編寫(xiě)簡(jiǎn)單的規(guī)范、了解掌握邏輯綜合的理論和算法，能夠運(yùn)用EDA技術(shù)平臺(tái)獨(dú)立進(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)。一般學(xué)習(xí)電路仿真工具（如multiSIM、PSPICE）和PLD開(kāi)發(fā)工具（如Altera/Xilinx的器件結(jié)構(gòu)及開(kāi)發(fā)系統(tǒng)）。科研方面主要利用電路仿真工具（multiSIM或PSPICE）進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與仿真；利用虛擬儀器進(jìn)行產(chǎn)品測(cè)試；將CPLD/FPGA器件實(shí)際應(yīng)用到儀器設(shè)備中；從事PCB設(shè)計(jì)和ASIC設(shè)計(jì)等。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造方面，包括計(jì)算機(jī)仿真，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的EDA工具應(yīng)用、系統(tǒng)級(jí)模擬及測(cè)試環(huán)境的仿真，生產(chǎn)流水線(xiàn)的EDA技術(shù)應(yīng)用、產(chǎn)品測(cè)試等各個(gè)環(huán)節(jié)。EDA軟件的功能日益強(qiáng)大，原來(lái)功能比較單一的軟件，現(xiàn)在增加了很多新用途。如AutoCAD軟件可用于機(jī)械及建筑設(shè)計(jì)，也擴(kuò)展到建筑裝璜及各類(lèi)效果圖、汽車(chē)和飛機(jī)的模型、電影特技等領(lǐng)域。

2 EDA技術(shù)的特點(diǎn)

EDA技術(shù)是一種基于計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)為一體的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)。這門(mén)技術(shù)以其自頂向下的設(shè)計(jì)程序確保了整套設(shè)計(jì)方案的科學(xué)合理。EDA技術(shù)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)采用的是電子軟件平臺(tái)；②設(shè)計(jì)出來(lái)的軟件系統(tǒng)到實(shí)現(xiàn)硬件系統(tǒng)的過(guò)程是由開(kāi)發(fā)軟件獨(dú)立自動(dòng)完成的；③在設(shè)計(jì)的過(guò)程中可以使用很多相關(guān)軟件進(jìn)行具體的仿真；④具有高層綜合和優(yōu)化的功能；⑤有大規(guī)模的可編程器件來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)；⑥系統(tǒng)升級(jí)靈活，可以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行編程；⑦操作環(huán)境開(kāi)放性、標(biāo)準(zhǔn)化，能夠?qū)崿F(xiàn)資源共享和技術(shù)移植；⑧平面規(guī)劃技術(shù)的使用，可以將邏輯綜合和物理版圖設(shè)計(jì)進(jìn)行聯(lián)合管理；⑨支持團(tuán)隊(duì)式合作，可以共同協(xié)作、分工設(shè)計(jì)；⑩由于設(shè)計(jì)過(guò)程是在軟件上進(jìn)行的，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中可以不斷的進(jìn)行測(cè)試和糾錯(cuò)，達(dá)到所要求的標(biāo)準(zhǔn)。EDA的特點(diǎn)有很多，這些方面使得該項(xiàng)技術(shù)在未來(lái)有很好的發(fā)展前景，在更寬廣的范圍能會(huì)得到廣泛的運(yùn)用。

3 EDA技術(shù)的應(yīng)用

EDA技術(shù)使得設(shè)計(jì)人員無(wú)需真正得到設(shè)計(jì)成果之后才能夠測(cè)評(píng)，只需在設(shè)計(jì)過(guò)程中不斷地進(jìn)行仿真、測(cè)試、糾錯(cuò)，就可是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)理念的灌輸。在電路設(shè)計(jì)中可以進(jìn)行溫度分析和統(tǒng)計(jì)分析，以便于確定最適合元件參數(shù)、最佳電路結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的穩(wěn)定程度，能夠方便快捷的優(yōu)化電路設(shè)計(jì)。以往的測(cè)評(píng)都會(huì)有一些誤差，出現(xiàn)許多相關(guān)的問(wèn)題，而EDA技術(shù)的運(yùn)用正式解決了這一難題，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)測(cè)試和特性分析的目標(biāo)。

4 常用EDA軟件

4.1 PCB

PCB（Printed-Circuit Board）設(shè)計(jì)軟件更是種類(lèi)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(guó)使用的比較早，普及的比較廣泛，在大多數(shù)的電路公司都能夠看到使用PCB。PCB設(shè)計(jì)軟件是一個(gè)很完整的、全方位的電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)，是一個(gè)較為成熟的設(shè)計(jì)軟件，它包括了電路設(shè)計(jì)過(guò)程中的全部環(huán)節(jié)，并且還可以兼容一些其他的設(shè)計(jì)軟件。

4.2 IC

IC也有很多的設(shè)計(jì)工具，在ASIC設(shè)計(jì)領(lǐng)域知名并具有享譽(yù)的品牌有Cadence、Mentor Graphics和Synopsys。這三家供應(yīng)商占有比較大的市場(chǎng)份額，具有相當(dāng)大的權(quán)威性。熊貓2000是我國(guó)華大公司提供的ASIC設(shè)計(jì)軟件。下面按照用途介紹一些IC設(shè)計(jì)軟件。①設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)仿真工具。設(shè)計(jì)、使用EDA進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，最大的好處就在于不用真實(shí)的制作出完成品進(jìn)行測(cè)評(píng)，而是通過(guò)設(shè)計(jì)軟件就可以進(jìn)行仿真，以此來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)理念是否合理，并且通過(guò)仿真還可以進(jìn)行測(cè)試、糾錯(cuò)，完善設(shè)計(jì)計(jì)劃。這大大的提高了設(shè)計(jì)效率和成品的標(biāo)準(zhǔn)性。③布局和布線(xiàn)。Cadence軟件是在IC設(shè)計(jì)中布局布線(xiàn)功能比較滿(mǎn)足使用的。

4.3 PLD設(shè)計(jì)工具

PLD（Programmable Logic Device）是用戶(hù)依據(jù)自己的實(shí)際需求而自行構(gòu)造邏輯功能的數(shù)字集成電路。主要應(yīng)用的有兩種類(lèi)型：CPLD（Complex PLD）和FPGA（Fidld Programmable Gate Array）。這兩種類(lèi)型的基本設(shè)計(jì)方法主要是通過(guò)EDA軟件，以其原理圖、狀態(tài)機(jī)、布爾表達(dá)式、硬件描述語(yǔ)言等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)生成相應(yīng)的目標(biāo)文件，而后用編程器或者下載電纜，由目標(biāo)器件實(shí)現(xiàn)。PLD的供應(yīng)商有很多，其中最知名最權(quán)威的商家是Altera、Xilinx和Lattice公司。一般PLD的開(kāi)發(fā)工具都是由生產(chǎn)廠(chǎng)家配送，但科技的進(jìn)步使得需要的軟件越來(lái)越復(fù)雜，制造商無(wú)法滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的全部需求，而今主要的功能軟件則是由軟件公司和生產(chǎn)廠(chǎng)家聯(lián)合提供。

EDA技術(shù)的興起，是實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)備設(shè)計(jì)自動(dòng)化、智能化的開(kāi)端。其使用的廣泛、功能的強(qiáng)大、應(yīng)用工具的多樣使得硬件設(shè)計(jì)走入了一個(gè)新篇章。EDA技術(shù)好像電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域爆發(fā)的一場(chǎng)新的革命，并且革命正處于高潮階段，每一年都會(huì)有大量的新型EDA工具出現(xiàn)，作為電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)研制的動(dòng)力，采用EDA技術(shù)制作的電子產(chǎn)品具有容量大、實(shí)時(shí)性好、體積小、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。但是，目前我國(guó)的該技術(shù)的發(fā)展還處于中等水平，遠(yuǎn)不及韓國(guó)日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，所以，廣大的電子設(shè)計(jì)工程工作者應(yīng)該盡早地掌握這一前沿技術(shù)，不僅是提高效率的需要，更是開(kāi)發(fā)高附加值電子產(chǎn)品的需要。隨著21世紀(jì)的到來(lái)EDA技術(shù)在移動(dòng)通信系統(tǒng)、衛(wèi)星系統(tǒng)等對(duì)重量、 體積及速度敏感的領(lǐng)域?qū)⒕哂兄匾膶?shí)用價(jià)值。根據(jù)最新的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，我國(guó)和印度正在成為EDA技術(shù)設(shè)計(jì)方面發(fā)展最快的兩個(gè)市場(chǎng)，相信在不久的將來(lái)，我國(guó)的科技工作者和設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)會(huì)趕上世界先進(jìn)水平，將這一優(yōu)秀的電子設(shè)計(jì)技術(shù)更好的應(yīng)用到社會(huì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域，為祖國(guó)建設(shè)提供更好的技術(shù)支持。