电子系统设计方法与设计环境的研究论述

刘建科

摘要：随着我国经济社会的发展，电子信息技术得到了发展的良好环境。而作为一种新的电路设计环境，ASEDA能够以电子系统的设计限制与性能为出发点，将宏模拓扑结构积极建立起来，通过综合与优化的层次性发展，以及宏模型自动建立工具的运用，实施仿真，能够求得系统设计的最优解，以此促进整个系统设计质量与准确性。因此，本课题主要分析了电子设计系统的标准与弊端，研究了电子系统设计流程与环境及其特征，从而有助于我国电子系统设计的进步与发展。

关键词：电子系统；设计方法；设计环境

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）08-0223-02

Abstract： With the development of China's economic and social development， electronic information technology has been a good environment for development. And as a kind of new circuit design environment. ASEDA can to electronic system design constraints and performance as the starting point， macro mode topology structure and actively set up， through the synthesis and optimization of the level of development， as well as the macro model automatic creation tools used， simulation is carried out， to obtain the optimal system design solution， so as to promote the design quality and accuracy of the whole system. Therefore， this paper mainly analyzes the standards and drawbacks of the electronic design system， studies the process and environment of the electronic system design and its characteristics， which is helpful to the progress and development of the electronic system design in our country.

Key words： electronic system； design method； design environment

作为一种新型技术形式，电子系统设计自动化技术突破了传统自底向上的设计方式，能够有效权衡设计周期、系统成本以及系统性能之间的关系，以此实现我国电子信息技术的健康发展。因此，笔者主要针对这一问题进行分析与研究，从而为我国的电子信息系统的发展做出相应的贡献。

1 电子设计系统的衡量标准与弊端

所谓电子设计自动化就是Edlectronic Design Automation，简称为EDA。主要是通过CAD（Computer Aided Design）的技术，实施电子系统与专用集成电路设计的技术。随着向20世纪90年代的迈进，EDA技术已经具有了一些鲜明的特征，如系统仿真、高级语言描述以及综合优化等，这时的EDA就被称作ESDA。以往的电子系统都是借助自底向上的设计方式，通过SPICE，将模拟验证方式完成。这种形式需要设计者具有较多的设计经验。目前，EDA借助了自顶向下的途径，能够积极权衡设计周期、系统成本与系统性能之间的关系，属于层次化的设计方式。当前很多普通的硬件平台能够对CAD软件的运行进行支持。这种自顶向上的形式有助于对整个项目的划分与管理，可以使设计队伍的管理得以简化，能够避免一些不必要的重复，促进设计成功率的提升等[1]。

对于电子自动化系统的衡量标准主要有三方面，首先一般性。借助这种自动化系统，可以比较准确地达到电路与性能的要求；其次是精确性。借助这种设计方式，可以积极保证设计精度。最后就是有效性。电路设计编译所需时间，以及综合优化过程中消耗的CPU时间的有效性等[2]。从目前来看，我国的电子系统设计环境仍然具有一定的问题。系统层次比较单一，库单元不足，结构具有固定性特点，不能进行充分地修改与扩充；另外，由于自动化程度不高，还要借助人工设计的方式。另外一些核心算法存在一定的问题，设计时间与精度与理想的要求不符。因此，应该积极重视这些问题与弊端，积极总结以往设计环境的经验，运用性的电子系统设计环境，促进电子系统的积极发展。

2 ASEDA的设计流程与环境

如图1所示，电子系统设计流程能够抽象出如此的模式。一方面，设计师进行概念的设计，是针对要求的设计性能与设计限制，也就是将系统信号流程图积极建立起来。从ASEDA中将模块选择出来，达到ASEDA中进行层次化设计，对框架进行综合与优化等。接下来，输出形式应该借助电路图，以及文本格式等，当做版图设计级，进行输入，最终能够出现VHDL描述。

如图2所示，ASEDA设计的层次化综合与优化流程。这一系统的核心内容主要是能够逐渐分解系统与设计限制，使之成为更小的部件与设计限制，以此进行设计综合，另外每层电路的分析综合与优化过程是相同的[3]。

首先，作为性能要求与设计限制文件来说，这些最高层主要是用户提出的。低层次的则是上一层自动生成的。其次，针对性能要求与设计限制，可以选取适当的宏模型拓扑结构，这主要在相应层次的宏模型库中生成，主要是根据模糊匹配的原则，同时为用户提供一个及一个以上的拓扑结构，以此来让用户进行选择。若是用户对系统自耦东选择的结构较为满意，那么便可以进行接下来的设计工作。若是用户不满意，那么必须要进行自行修改，并且也要构造出新的结构，利用相关的模型等工具来进行宏模型的建立，之后在对其进行设计。对于电路来说，属于变化多样的拓扑结构，所有用户的需求对于一个单元库来说，具有一定的难度，这就需要构建新的电路拓扑[4]。因此，自动建立电路宏模型能够促进设计效率的提升。

在相应的拓扑结构被确定之后，要能对其进行参数方面的优化，以及宏模型仿真，并且要以主要设计的目标以及相关的限制目标进行处理，对系统的性能指标以及相关产量进行优化。对于优化方法来说，主要方式有以下几种：首先是最速下降法，此方式能够在一般情况下进行局部最优解。其次就是模拟退火法，这是在计算机技术逐渐发展的过程中，逐渐产生并且得到广泛应用的一种方式。宏模型主要是利用相关的符号模拟以及数值模拟等形式，来对最终的结果进行优化。若是相关的验证结构域合计要求存在较大的偏差，那么必须要对其进行重新拓扑，或者是进行结果方面的优化处理。同时在针对各个层次上的仿真，一定要避免将该层次的错误带到下一层。以此来充分提升设计的成功几率。

另外，若是宏模型的仿真通过了，那么将要准备好下一层次的设计工作，可以将该层的拓扑结构进行分解，将其分解成各个子模块，同时也要对各个子模块的功能进行分解以及限制，这也就是所谓的对子模块进行性能指标的确定，以及设计上的限制。对于该环节的工作来说，其对下一层的设计合理与否有很大的影响。在完成分解工作之后，要向着各个模块中的设计转入，以此来进行下一层的设计。这一设计工作需要不断进行，直到最终整个系统设计工作的完成[5]。

ASEDA中主要借助符号模拟技术，将电路的符号模型建立起来。由于相应的符号模拟技术没有对电路的形式以及相关性能进行约定，这样将会解决一般性的问题，电路议程将会自动生成，这样将会有效缩短准备时间。对于宏模型来说，其具有层次结构，同时也具有自动化特征，这样将会有效减少综合优化的时间，解决相关的问题。另外，要借助非参数统计分析方式，来建立起电路宏模型，以此来充分将线性回归模型函数固定形式造成偏差进行解决。作为一种具有较强功能、较高效率，方便科学核工程计算的交互式软件包，最新的MATLAB for Windows的4.0版，具有以往交互式编程功能以外，还能将大量的MATLAB配套工具箱进行提供，主要有优化工具箱、神经网络工具箱、信号处理工具箱以及控制系统工具箱等。除此以外，还能对别的语言接口加以提供，从而增强其功能。所以，在ASEDA中，主要用作系统级仿真。

3 ASEDA设计环境的特征

设计者借助ASEDA提供的工具，可以设计出各种电子系统，主要涉及仿真、输入、测试与实现等。因此对于ASEDA来说，主要具有以下几方面的特点：

首先，作为电子系统设计与仿真来说，图形用户界面是统一的；其次，借助MATLAB，在系统级仿真过程中，能够帮助对设计结构中问题的及时发现，防止设计工作的浪费现象的出现[6]。再有，其自身的电路综合设计具有层次化的框架，这与自顶向下的系统设计要求相符合；另外，对反馈回路的多级嵌套具有一定的支持作用，能够适应多级、复杂的系统要求；此外，关于电路宏模型库的建立，主要具有层次化与可扩充性特征，可以积极保障分层次系统的设计，也使得设计的灵活性得以提升，缩减了设计所需的时间。并且设计环境自身的综合优化算法具有高效性特征，借助灵活的方式，通过用户人工干预的形式，还可以是通过计算机自动生成的形式，得到各层次的宏模型。除此以外，体系结构具有开放性特征，不但可以对其他设计工具的接口进行提供，还能让设计人员拥有自主性，可以在系统中对设计工具进行扩充与建立等，以此便于各种设计人员的电子系统设计工作，尤其是帮助模数混合的电子系统设计。最后，可以借助多用电路模拟与验证方式，除掉传统的SPICE等数值模拟工具以外，还能借助符号模拟工具，来验证模拟电路等，能够帮助设计人员适当地折中设计精度与时间等。

4 结论

总而言之，电子系统的设计发展离不开电子系统设计自动化方式与设计环境的作用。合理运用科学的电子系统设计自动化方式，有助于我国电子系统设备的发展。因此，对于相关电子信息借助的设计人员来说，应该加强对电子系统性能与设计限制的分析与研究，借助有效的方式科学设计电子系统。在当前信息时代的发展浪潮中，为了能够适应社会的发展趋势，应该积极增强自身的科学技术水平，提升信息技术人才的综合素质与能力，以此可以为我国的信息技术的发展做出相应的贡献，并且能够使我国积极走向现代化、信息化的道路中，实现我国的综合国力的增强，以及生活质量的提升。

参考文献：

[1] 江朝晖.“电子系统设计”教学的问题分析与方法探讨[J].教育教学论坛，2013（3）：89-90.

[2] 肖忠.《电子系统设计》课程教学方法的探讨[J].科技信息，2011（26）：56-58.

[3] 余小平，庹先国，奚大顺，高嵩，刘明哲.《电子系统设计实践》教学改革尝试[J].实验科学与技术，2011（6）：126-127.

[4] 吴平，杨卫波，徐孟，等.电子系统设计相关课程教学改革与实践[J].中国电力教育，2013（14）：63-65.

[5] 陈学英，吕明.电子系统设计开放实验室建设探讨[J].实验科学与技术，2013（4）：99-100.

[6] 许岳兵，张登玉，谭岳衡，等.综合电子系统设计的教学研究与实践[J].科技创新导报，2012（21）：63-64.