EDA技术在现代电子设计中的应用

EDA技术在现代电子设计中的应用

摘要:EDA技术是现代电子设计的重要手段,文章阐述了EDA技术的基本特征,系统级设计方

法,并通过一个实例来介绍EDA技术的应用。

关键词:EDA;自顶向下;VHDL;ASIC;系统级设计

1 引言

进入21世纪,随着微电子技术和计算机技术的迅速发展,人类进入了一个全新的信息时代。以数字化为特征的电子信息产品,诸如PC,PDA,DC,DV,DTV,Web浏览器、手机等等,成为现代社会不可或缺的一部分。电子信息产品功能不断扩展、性能不断提高,更新换代的步伐越来越快,而同时其价格却一直呈下降趋势。实现这种进步的主要因素是集成电路制造技术和电子设计技术的发展。前者以微细加工技术为代表,目前已进展到深亚微米和超深亚微米阶段,主流生产工艺技术为0.13~0.25μm,可以在几平方厘米的芯片上集成数千万个晶体管。后者的核心就是EDA(电子设计自动化)技术,EDA是指以计算机为工作平台,融合应用电子技术、计算机技术、智能化技术,并汇集了计算机图形学、拓扑学和计算数学等众多学科而发展起来的一项电子设计的自动化技术,EDA技术已经成为现代电子系统设计的重要手段。

2 EDA技术的基本特征

EDA技术已有30年的发展历程,大致可分3个阶段:20世纪70年代为计算机辅助设计(CAD)阶段,20世纪80年代为计算机辅助工程(CAE)阶段,20世

纪90年代为电子系统设计自动化(ESDA)阶段。EDA代表了当今电子设计技术的最新发展方向,其基本特征是:设计人员按照“自顶向下”(Top-down)的设计方法,对整个系统进行方案设计和功能划分,系统的关键电路用一片或几片专用集成电路(ASIC)实现,然后采用硬件描述语言(HDL)完成系统行为级设计,最后通过综合器和适配器生成最终的目标器件。

2.1 “自顶向下”的设汁方法和并行工程

电子产品的传统设计方法是采用“自底向上”的,即首先确定可用的标准通用集成电路芯片,然后根据这些芯片和其他元器件进行模块设计,最后形成系统。这种设计方法效率低、易出错,设计出的电子系统所用元器件多,成本高,且功耗大,可靠性差。

EDA技术采用一种“自顶向下”的全新设计方法,这种设计方法首先从系统设计入手,在顶层进行功能方框图的划分和结构设计,在方框图一级进行仿真、纠错,并用硬件描述语言(HDL)对高层次的系统行为进行描述,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的网表,其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路。由于设计的主要仿真和调试过程是在高层次上完成的,这一方面有利于早期发现结构设计上的错误,避免设计工作的浪费,同时也减少了逻辑功能仿真的工作量,提高了设计的一次成功率。

所谓并行工程是指“一种系统化的、集成化的、并行的产品及相关过程的开发模式。这一模式使开发者从一开始就要考虑到产品生存周期的诸多方面,包括质量、成本、开发时间及用户的需求,等等。”[1]由于EDA技术采用的是结构化开发手段,可实现多人多任务的并行工作方式来提高设计规模和效率。

2.2 硬件描述语言

硬件描述语言(HDL)是一种用软件编程的方式来描述电子系统的逻辑功能、电路结构和连接形式的计算机语言。早期各EDA厂商推出自己的硬件描述语言,如ABEL-HDL,AHDL等,互不兼容,1985年美国国防部正式推出了VHDL语言,1987年IEEE确认VHDL为硬件描述语言标准(IEEE STD-1076),成为通用硬件描述语言。1993年,IEEE STD-1076标准被升级、更新为IEEE STD-1164。1996年,IEEE STD-1076.3成为VHDL综合标准[2]。

VHDL是一种全方位的硬件描述语言,包括系统行为级、寄存器传输级和逻辑门级多个设计

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