电子设计自动化的发展优势思考

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一、电子设计自动化技术概述

20世纪末，电子设计技术获得了飞速的发展，现代电子设计技术的核心已日趋转向基于计算机的电子设计自动化技术，即EDA（ElectronicDesignAutomation）技术。EDA技术就是依赖功能强大的计算机，在EDA工具软件平台上，对以硬件描述语言HDL（HardwareDescriptionLanguage）为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合、结构综合（布局布线），以及逻辑优化和仿真测试，直至实现既定的电子线路系统功能。EDA技术在硬件实现方面融合了大规模集成电路制造技术，IC版图设计技术、ASIC测试和封装技术、FPGA/CPLD编程下载技术、自动测试技术等；在计算机辅助工程方面融合了计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）、计算机辅助工程（CAE）技术以及多种计算机语言的设计概念；而在现代电子学方面则容纳了更多的内容，如电子线路设计理论、数字信号处理技术、数字系统建模和优化技术及长线技术理论等。

二、电子设计自动化技术的发展历程

EDA技术的发展经历了一个由浅到深的过程。20世纪70年代，随着中小规模集成电路的开发应用，传统的手工制图设计印刷电路板和集成电路的方法已无法满足设计精度和效率的要求，因此工程师们开始进行二维平面图形的计算机辅助设计，以便把人们从繁杂、机械的版图设计工作中解脱出来，这就产生了第一代EDA工具。到了80年代，为了适应电子产品在规模和制作上的需要，随之出现了以计算机仿真和自动布线为核心技术的第二代EDA技术。其特点是以软件工具为核心，通过这些软件完成产品开发的设计、分析、生产、测试等各项工作。90年代后，EDA技术继续发展，出现了以高级语言描述、系统级仿真和综合技术为特征的第三代EDA技术。它的出现，极大地提高了系统设计的效率，使广大的电子设计师开始实现“概念驱动工程”的梦想。设计师们摆脱了大量的辅助设计工作，而把精力集中于创造性的方案与概念构思上，从而极大地提高了设计效率，缩短了产品的研制周期。由此可见，EDA技术可以看做是电子CAD的高级阶段。EDA工具的出现，给电子系统设计带来了革命性的变化。随着Intel公司Pentium处理器的推出，Xilinx等公司几十万门规模的FPGA的上市，以及大规模的芯片组和高速、高密度印刷电路板的应用，EDA技术在仿真、时序分析、集成电路自动测试、高速印刷电路板设计及操作平台的扩展等方面都面临着新的巨大的挑战。这些问题实际上也是新一代EDA技术未来发展的趋势。

三、电子设计自动化技术的优势

在传统的数字电子系统或IC设计中，手工设计占了较大的比例。一般先按电子系统的具体功能要求进行功能划分，然后将每个电子模块画出真值表，用卡诺图进行手工逻辑简化，写出布尔表达式，画出相应的逻辑线路图，再据此选择元器件，设计电路板，最后进行实测与调试。手工设计方法主要有以下缺点：复杂电路的设计、调试十分困难；由于无法进行硬件系统功能仿真，如果某一过程存在错误，查找和修改十分不便；设计过程中产生大量文档，不易管理；对于IC设计而言，设计实现过程与具体生产工艺直接相关，因此可移植性差；只有在设计出样机或生产出芯片后才能进行实测。与之相比，EDA技术的优势则显而易见。

1.用HDL对数字电子系统进行抽象的行为与功能描述到具体的内部线路结构描述，从而可以在电子设计的各个阶段、各个层次进行计算机模拟验证，保证设计过程的正确性，可以大大降低设计成本，缩短设计周期。

2.EDA工具之所以能够完成各种自动设计过程，关键是有各类库的支持，如逻辑仿真时的模拟库、逻辑综合时的综合库、版图综合时的版图库、测试综合时的测试库等。

3.某些HDL语言也是文档型的语言(如VHDL)，极大地简化设计文档的管理。

4.EDA技术中最为令人瞩目的功能，即最具现代电子设计技术特征的功能是日益强大的逻辑设计仿真测试技术。这极大地提高了大规模系统电子设计的自动化程度。

5.传统的电子设计方法至今没有任何标准规范加以约束，因此，设计效率低，系统性能差，开发成本高，市场竞争能力小。EDA技术的设计语言是标准化的，不会由于设计对象的不同而改变；它的开发工具是规范化的，EDA软件平台支持任何标准化的设计语言；它的设计成果是通用性的，IP核具有规范的接口协议。良好的可移植与可测试性，为系统开发提供了可靠的保证。

6.EDA技术最大的优势就是能将所有设计环节纳入统一的自顶向下的设计方案中。

7.EDA不但在整个设计流程上充分利用计算机的自动设计能力，在各个设计层次上利用计算机完成不同内容的仿真模拟，而且在系统板设计结束后仍可利用计算机对硬件系统进行完整的测试。而传统的设计方法，如单片机仿真器的使用仅仅只能在最后完成的系统上进行局部的软件仿真调试，在整个设计的中间过程是无能为力的。四、电子设计自动化技术的展望目前，现代集成电路技术的发展使以现场可编程门阵列为代表的大容量可编程逻辑器件的等效门数迅速提高，其规模直逼标准门阵列，达到了系统集成的水平。特别是进入20世纪90年代后，随着CPLD、FPGA等现场可编程逻辑器件的逐渐兴起，VHDL、Verilog等通用性好、移植性强的硬件描述语言的普及，ASIC技术的不断完善，EDA技术在现代数字系统和微电子技术应用中起着越来越重要的作用。从通常意义上来说，现代电子系统的设计已经再也离不开EDA技术的帮助了。

21世纪将是EDA技术的高速发展时期，并着眼于数字逻辑向模拟电路和数模混合电路的方向发展。EDA将会超越电子设计的范畴进入其他领域，随着基于EDA的SoC设计技术的发展、软硬核功能库的建立、IP核复用，以及基于HDL的自顶向下的设计理念的确立，未来的电子系，设计（ESL）将不再是电子工程师们的专利。