引入EDA技术进行数字电路设计的方案

本文介绍了EDA技术主要特点和功能，并对将EDA技术引入到数字电路设计工作方案进行了探讨。

随着科学研究与技术开发市场化，采用传统电子设计手段在较短时间内完成复杂电子系统设计，已经越来越难完成了。EDA（EleCTRonICs Design Automation）技术是随着集成电路和计算机技术飞速发展应运而生一种高级、快速、有效电子设计自动化工具。

1 EDA技术

EDA（电子线路设计座自动化）是以计算机为工作平台、以硬件描述语言（VHDL）为设计语言、以可编程器件（CPLD/FPGA）为实验载体、以ASIC/SOC芯片为目标器件、进行必要元件建模和系统仿真电子产品自动化设计过程。EDA是电子设计领域一场革命，它源于计算机辅助设计，计算机辅助制造、计算机辅助测试和计算机辅助工程。利用EDA工具，电子设计师从概念，算法、协议开始设计电子系统，从电路设计，性能分析直到IC版图或PCB版图生成全过程均可在计算机上自动完成。EDA代表了当今电子设计技术最新发展方向，其基本特征是设计人员以计算机为工具，按照自顶向下设计方法，对整个系统进行方案设计和功能划分，由硬件描述语言完成系统行为级设计，利用先进开发工具自动完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局布线、仿真及特定目标芯片适配编译和编程下载，这被称为数字逻辑电路高层次设计方法。

1.1 EDA软件简介

"EDA"就是Electronic Design Automation（电子设计自动化），也就是能够帮助人们设计电子电路或系统软件工具，该工具可以使设计更复杂电路和系统成为可能。目前进入我国并具有广泛影响EDA软件有：muhisim7、OW_AD、Protel、Viewlogio、Mentor、Synopsys、PCBW Id、Cadence、MicmSim等等，这些软件各具特色，大体分为芯片级设计工具、电路板级设计工具、可编程逻辑器件开发工具和电路仿真工具等几类；其中Protel是国内最流行、使用最广泛一种印制电路板设计首选软件，由澳大利亚protd Technology公司出品，过去只是用来进行原理图输入和PCB版图设计，从Protel 98开始，加入了模拟数字混合电路仿真模块和可编程逻辑器件设计模块，1999年Protel推出了功能更加强大EDA综合设计环境Protel 99，它将EDA全部内容整合为一体，成为完整EDA软件，因而该软件发展潜力很大，但它最具特色和最强大功能仍是原理图输人和PCB版图设计。

1.2 EDA技术主要内容

EDA技术涉及面很广，内容丰富，从教学和实用角度看，主要应掌握如下4个方面内容：一是大规模可编程逻辑器件；二是硬件描述语言；三是软件开发工具；四是实验开发系统。其中，大规模可编程逻辑器件是利用EDA技术进行电子系统设计载体，硬件描述语言是利用EDA技术进行电子系统设计主要表达手段，软件开发工具是利用EDA技术进行电子系统设计智能化自动设计工具，实验开发系统则是利用EDA技术进行电子系统设计下载工具及硬件验证工具。

1.3 EDA技术主要特征

作为现代电子系统设计主导技术，EDA具有几个明显特征：

1.3.1用软件设计方法来设计硬件

硬件系统转换是由有关开发软件自动完成，设计输入可以是原理图VHDL语言，通过软件设计方式测试，实现对特定功能硬件电路设计，而硬件设计修改工作也如同修改软件程序一样快捷方便，设计整个过程几乎不涉及任何硬件，可操作性、产品互换性强。

1.3.2基于芯片设计方法

EDA设计方法又称为基于芯片设计方法，集成化程度更高，可实现片上系统集成，进行更加复杂电路芯片化设计和专用集成电路设计，使产品体积小、功耗低、可靠性高；可在系统编程或现场编程，使器件编程、重构、修改简单便利，可实现在线升级；可进行各种仿真，开发周期短，设计成本低，设计灵活性高。

1.3.3自动化程度高

EDA技术根据设计输入文件，将电子产品从电路功能仿真、性能分析、优化设计到结果测试全过程在计算机上自动处理完成，自动生成目标系统，使设计人员不必学习许多深入专业知识，也可免除许多推导运算即可获得优化设计成果，设计自动化程度高，减轻了设计人员工作量，开发效率高。

1.3.4自动进行产品直面设计

EDA技术根据设计输入文件（HDL或电路原理图），自动地进行逻辑编译、化简、综合、仿真、优化、布局、布线、适配以及下载编程以生成目标系统，即将电子产品从电路功能仿真、性能分析、优化设计到结果测试全过程在计算机上自动处理完成；

1.4 EDA技术要点

1.4.1可编程逻辑器件-PLD

数字逻辑器件发展直接反映了从分立元件、中小规模标准芯片过渡到可编程逻辑器件过程。ISP技术和HDPLD器件使设计人员能够在实验室中方便地开发专用集成数字电路芯片ASIC.当前，国内外许多着名厂商均已开发出新一代ISP器件以及相应开发软件（如Synario、EXPERT、Fundation、MAX Plus2等）。

1.4.2"自顶而下"设计方法

10年前，电子设计基本思路还是选择标准集成电路"自底向上"（Bottom-Up）地构造出一个新系统。这样设计方法如同一砖一瓦建造楼房，不仅效率低、成本高而且容易出错，高层次设计给我们提供了一种"自顶向下"（Top-Down）全新设计方法，这种方法首先从系统入手，在顶层进行功能方框图划分和结构设计，在方框图一级进行仿真、纠错，并用硬件描述语言对高层系统进行描述，在系统一级进行验证，然后用综合优化工具生成具体门电路网表，其对应物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路，由于设计主要仿真和调试过程是在高层次上完成，这既有利于早期发现结构设计上错误，避免设计工时浪费，同时也减少了逻辑功能仿真工作量，提高了设计一次成功率。