电子设计自动化的发展研究

钱 刚

（南京华苏科技有限公司，江苏 南京 210012）

电子设计自动化的发展研究

钱 刚

（南京华苏科技有限公司，江苏 南京 210012）

文章介绍了电子设计自动化的概念，论述了EDA的技术特点、硬件描述语言及VHDL的优点，EDA技术在教学、科研、产品设计等方面的应用，并集合EDA技术的更新过程总结出EDA发展至今的历史过程，研究EDA技术发展的新方向以及从不同的角度展望了EDA技术的发展前景。

EDA；数字系统；VHDL

EDA技术就是以计算机为工具，通过有关的开发软件，用VHDL硬件描述语言完成设计，自动完成编译、分割、布局和仿真等工作，用软件完成设计电子系统到硬件系统的一门技术。

1 电子设计自动化技术的内容及特点

1.1 电子设计自动化技术

电子设计自动化（Electronics Design Automation，EDA）是一门实现电子系统或电子产品自动设计的技术。EDA吸收了计算机科学领域的最新研究成果，以高性能的电子计算机作为工作的平台，促进电子工程的发展。所以说，EDA是电子产品和系统设计的综合技术，也是每个电子工程师都应该了解和掌握的一门技术。

EDA是在20世纪60年代中期从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的，用硬件描述语言VHDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。

1.2 EDA技术的基本特征

EDA技术是指以计算机为工作平台，利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机自动处理完成。

EDA技术的基本特征：按照“自顶向下”（Top-Down）全新设计方法，对系统进行结构设计和功能划分，系统的关键电路是用印刷电路板或者专用集成电路来实现的，然后采用硬件描述语言（HDL）对系统硬件进行功能的实现，最后用综合优化工具生成最终的理想器件。以下介绍相关的几个方面。

1.2.1 “自顶向下”的设计方法

很长一段时间里，电子设计的思路基本就是“自底向上”的设计方法，这种设计方法就好像一块块大石头堆建起来的瓦房，不仅效率低、成本高，而且还非常容易出错，缺点显而易见。

于是，人们发明了如今所用的一种全新的设计方法“自顶向下”，这种设计方法首先是系统设计，在顶层进行功能方框图的划分和结构的设计。自顶向下的设计方法使系统被分解为各个模块的集合之后，可以对设计的每个独立模块指派不同的工作小组，这些小组可以工作在不同的地点，甚至可以分属不同的单位，最后将不同的模块集成为最终的系统模型，并对其进行综合测试和评价。它较先前的“自顶向上”无论是在设计的时间上，还是过程中错误的减少，都得到了很大的提升。

1.2.2 ASIC设计

集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC），在集成电路界被认为是一种为专门目的而设计的集成电路。利用EDA技术进行电子系统设计的最后目标是完成专用集成电路ASIC的设计与实现。

ASIC分为全定制和半定制，全制定是基于晶体管设计方法，设计成本高，周期长；而半定制则是一种约束性的设计方法，其设计简化，周期短，提高了芯片的成品率；和通用的集成电路相比，ASIC的体积更小、功耗更低、性能的提升也相当高；从保密性来讲，其保密性还是相当高的，而且它还具有成本节约等优点。

可编程ASIC是专用集成电路的一种，也是应用最为广泛的。可编程逻辑器件的密度高、集成度高、生产方便。

1.2.3 硬件描述语言

硬件描述语言（Hardware Description Language，HDL）是一种用形式化的方法来描述数字电路和系统的语言，它是EDA开发中的很重要的设计工具，也是EDA技术的重要组成部分。

HDL是对电子系统硬件设计的一种高级计算机语言，用HDL语言，数字电路系统的设计可以逐层展示自己的设计思路，一些复杂的数字电路系统可以用一系列分层次的模块来表达。早期的硬件描述语言，由不同的厂商和开发商开发，彼此之间互不兼容，且不支持多层次的设计，这些层次之间的翻译工作就要由人工完成。而利用VHDL语言的可读性强，更加容易修改和发现错误。

VHDL即超高速集成电路硬件描述语言，它作为IEEE标准的硬件描述语言和EDA的重要组成部分，经过十几年的发展、应用和完善，正逐渐被众多设计者所接受，这种高层次的方法已经被广泛采用。

VHDL即超高速集成电路硬件描述语言，是一种面向设计的多领域、多层次的全方位的硬件描述语言，这种语言几乎覆盖了以往各种硬件描述语言的功能。VHDL具有以下几个优点：（1）强大的硬件描述能力。可以用来描述系统级电路，也可以用来描述门级电路，设计描述具有多层次。（2）支持广泛、易于修改。VHDL已经成为IEEE标准，目前，多数EDA工具都支持VHDL语言，这种高层次的方法已经被广泛采用。（3）作用强大、设计灵活。它具有作用强大的语言结构，能用简洁明了的源代码来描述复杂的逻辑控制。（4）移植能力强。

它是一种标准化的硬件描述预言，同样一个设计描述可是被多种不同的工具所支持，这样就使得设计描述的移植得以实现。（5）工艺转换方便。它的设计不依赖于特定的器件，工艺转换方便。

2 EDA技术的应用

现如今，EDA技术发展迅速，已经在教学应用、科研应用、产品设计与制造等方面占据一席之地，发挥着巨大的作用。

2.1 教学应用

大部分理工科院系都开设EDA课程。让学生在校期间了解EDA技术的基本原理、HDL硬件描述语言描述系统逻辑的方法，模拟仿真电子电路设计，通过实践提升学生的动手与自主能力，为今后从事的工作打下坚实的基础。

2.2 科研应用

电路设计与模拟仿真主要使用EWB等工具进行，举个例子，在CDMA无线通信系统中，移动手机和无线基站都工作在相同的频率，每部手机都有自己唯一的序列码，用来区分电话的呼叫。而CDMA的BTS必须能识别这些不同的码序列才能辨别传呼进程，这是通过在输入数据流中探测到特定的码序列来完成的。

2.3 产品设计与制造的应用

从电视、冰箱、音响到电子玩具等各种电子产品电路，EDA技术在模拟研制、仿真、生产、调试等方面都有着重要的作用。可以说，EDA已经成为电子工业领域必不可少的技术支持。

3 EDA技术的发展前景

当今社会，电子产品发展日新月异，为了既快又好地设计出新的电子产品，提高设计效率和产品性能，设计师需要更加简便快捷的EDA工具，这对EDA技术提出了更高的要求。

3.1 EDA技术发展的新方向

3.1.1 向高密度、高速度、宽频带方向发展

设计方法的更新得益于电子器件的发展，随着电子产品的飞速发展，高密度、高速度和宽频带的可编程逻辑产品已经成为主流的，这些高密度、大容量的可编程逻辑器件的出现，给现代电子系统（复杂系统）的设计与实现带来了非常大的帮助。设计方法和设计效率有了新的飞跃，带来了器件的巨大需求，这种需求又促使器件生产工艺的不断进步，而每一次工艺的改进，可编程逻辑器件的规模都将有非常大扩展。

3.1.2 向可预测延时的方向发展

现如今的大数据时代，需要处理的数据量越来越大，就需要其具有大的数据吞吐量，而且多媒体技术发展迅速，图像及影像的实时性要求较高，这就需要有高速的硬件系统。为了可以保证图像实时性及稳定性，器件的延时可预测性就是一个重要的因素。所以，逻辑器件的可预测延时是非常重要的。

3.1.3 向低电压、低能耗方向发展

集成技术的飞速发展，工艺水平的日益提升，全世界都掀起了节能的潮流。因此，要适应时代的潮流，半导体工业也必须向低电压、降低能耗方向发展。

3.2 应用前景

在信息通信领域中，需要优先发展高速宽带信息网、计算机及软件技术、第三代移动通信技术，积极开拓以数字技术、网络技术为基础的新一代信息产品，研发新兴的产业。自动化仪表的技术发展趋势将计算机技术、通信技术进一步的融合，大力地推广信息化。

在电子设计的研发中，它可以代替设计者完成电子系统设计中的绝大部分工作，而且可以直接在程序中修改错误，系统功能也不需要硬件电路的支持。随着EDA技术的发展，EDA技术具有更好的开发手段和性价比，具有广泛的市场应用前景。

3.3 未来展望

从目前的EDA技术来看，其发展趋势是使用普及、应用广泛、工具多样、软件功能强大。中国EDA市场已经日趋成熟，但是大部分的设计是面向PCB制板和ASIC领域，只有小部分的设计是开发复杂的片上系统器件。

EDA技术将在自动化仪表的测试技术、控制技术、计算技术等方面有较大的突破，在ASIC和PLD设计方面，以高速、高密度、低能耗、低电压等方面发展。

4 结语

EDA技术的应用十分广泛，现在已涉及电子、通信、机械、航天、医学、生物、军事等各个领域。所以无论是生活、学习、还是工作，都离不开EDA。因此，作为一名大专院校电子类专业的学生，我们应该熟练掌握EDA技术用于CPLD/ FP GA 的开发和知晓EDA技术在未来发展的前景，只有这样才能去适应激烈竞争的环境，在激烈的竞争环境中取得成绩。

[1]杜玉远. EDA设计快速入门[J].电子世界，2004（1）：24-25.

[2]擦光辉. CPLD/TPGA的开发与应用[M].北京：电子工业出版社，2002.

Rsearch on the development of electronic design automation

Qian Gang
（Nanjing Howso Technology Co., Ltd., Nanjing 210012, China）

This paper introduces the concept of electronic design automation, discusses the technical characteristics of the EDA, hardware description language, advantages of VHDL and application of EDA technology in teaching, research and product design, and a collection of EDA technology update process since summed EDA development historical process, the new direction of research EDA technology development is studied and as well as the future development prospects of EDA technology is prospected from different angles.

EDA; digital system; VHDL

钱刚（1986— ），男，江苏淮安。