数字集成电路EDA的发展历程
EDA技术入门与提高(第二版) (1)
第 1 章 EDA 技术概述
采用EDA技术的可编程逻辑器件的设计就完全不同。EDA的设 计语言是标准化的，不会因设计对象的不同而改变，EDA软件平 台支持任何标准化的设计语言；采用EDA技术进行设计，其设计 成果具有通用性和规范的接口协议、良好的可移植性与可测试性， 为高效、高质的系统开发提供了可靠的保证。因此，EDA技术适 用于高效率、大规模系统设计的自顶向下的设计方案。传统的电 子设计技术没有规范的设计工具和表达方式，所以无法采用这种 先进的设计流程。
第 1 章 EDA 技术概述
(4) 对设计者的硬件知识和硬件经验要求低。传统的电子设 计对于电子设计工程师的要求非常高，不仅需要在电子技术理论 和设计实践方面拥有很深的造诣，还必须熟悉各种在线测试仪表 和开发工具的使用方法及性能指标。而采用EDA技术对设计者的 要求就低得多，使用标准化的硬件描述语言，设计者能更大程度 地将自己的才智和创造力集中在设计项目性能的提高和成本的降 低上，而将更具体的硬件实现工作让专业部门来完成。
EDA技术通过计算机完成数字系统的逻辑综合、布局布线和 设计仿真等工作。设计人员只需要完成对系统功能的描述，就可 以由计算机软件进行处理并得到设计结果，而且修改设计如同修 改软件一样方便，从而极大地提高了设计效率。
第 1 章 EDA 技术概述
从20世纪60年代中期计算机刚进入实用阶段开始，人们就希 望使用计算机进行电子产品的设计，设计人员不断开发出各种计 算机辅助设计工具来进行电子系统的设计。随着电路理论和半导 体工艺水平的提高，EDA技术得到了飞速发展。 EDA工具的作用 范围从PCB板设计延伸到电子线路和集成电路设计，甚至延伸到 了整个系统的设计。
第 1 章 EDA 技术概述
这个阶段主要采用基于单元库的半定制设计方法，采用门阵 列和标准单元设计的各种专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)得到了极大的发展，将集成电路工 业推入了ASIC时代。多数系统中集成了PCB自动布局布线软件以 及热特性、噪声、可靠性等分析软件，进而可以实现电子系统设 计自动化。
EDA技术与ASIC设计ASIC的特点
1.3 EDA设计的目标和流程
EDA 技术的范畴应包括电子工程师进行产品开发的全过程。
EDA技术可粗略分为系统级、电路级和物理实现级三个层次的辅
助设计过程。EDA技术的范畴如图所示。
数字系统模块化设计 器件模型库系统仿真
数字电路设计
EDA工具
模拟电路设计
FPGA设计
ASIC版图设计
PCB设计
混合电路设计
结构设计是将用户给定的关于模拟集成电路性能的抽象描述 拓扑选择是根据功能单元的性能指标和工作环境，决定用何 尺寸优化是在获得电路结构的条件下，根据所需的电路性能
转化为一个用各种功能单元所构成的电路；
种具体的电路结构来实现该单元的功能；
指标和生产条件确定每个器件的“最佳”几何尺寸，提高合格率 ；
1.3 1.4 1.5
EDA设计的目标和流程 EDA技术与ASIC设计 硬件描述语言 EDA设计工具 EDA技术的发展趋势
1.6
1.7
1.1 EDA技术及其发展历程
EDA技术简介
EDA即电子设计自动化（Eomation），是随着集成电路和计算机技术飞速发
展应运而生的一种快速、有效、高级的电子设计自动
设计准备
设计输入
设计处理
设计验证
器件编程
1.3.3 数字集成电路的设计
数字集成电路的设计流程
首先是系统描述，在这个阶段中要对用户的需求，市场前景以 及互补产品进行充分的调研与分析；对设计模式和制造工艺的选
择进行认证；最终目标是用工程化语言将待设计IC的技术指标、
功能、外形尺寸、芯片面积、工作速度与功耗等描述出来。
1.2.1 EDA技术的基本特征
集成电路发展历史和未来趋势
集成电路发展历史和未来趋势集成电路（Integrated Circuit，简称IC）是一种在单个芯片上集成了多个电子元件（例如晶体管、电阻、电容等）的电路。
集成电路的发展历史可以追溯到20世纪50年代末至60年代初，随着技术的进步和需求的增长，集成电路在电子领域中得到了广泛应用。
本文将介绍集成电路发展的历史，并展望未来的趋势。
集成电路的发展历史：1. 创世纪（1958-1962）：美国史景迁（Jack Kilby）和法国的尤·赖希特（Jean Hoerni）几乎同时独立发明了集成电路。
他们分别在半导体材料上制备出来离散元件，并将它们集成到单个芯片上。
这一时期的集成电路规模较小，仅有几个晶体管和少量的电子元件。
2. 第一代（1962-1969）：美国的弗吉尼亚公司（Fairchild）和德国的西门子公司率先推出了第一代集成电路，包括了数百个晶体管和其他元件。
这使得集成电路在通信、航空航天和计算机领域得到了广泛应用。
3. 第二代（1970-1979）：集成电路的规模和性能进一步提高，由数千个晶体管和其他元件组成。
大型集成电路纳入了多个功能模块，使电子设备更加紧凑和高效。
4. 第三代（1980-1989）：CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）技术的引入，使得集成电路在功耗和成本上有了显著改善。
CMOS技术还带来了更高的集成度和更快的开关速度，使集成电路能够应用于更广泛的领域。
5. 第四代（1990-1999）：集成电路的规模进一步增加，上千万个晶体管集成在一个芯片上。
这一时期也见证了数字信号处理器（DSP）、可编程逻辑器件（PLD）和ASIC等特定用途集成电路的快速发展。
6. 第五代（2000至今）：随着纳米技术的推进，集成电路规模进一步增加。
先进的制造工艺使得晶体管的结构更小，电路速度更快，功耗更低。
同时，集成电路的应用领域也更加多样化，包括通信、计算机、医疗、汽车等。
EDA概述
第一章EDA概述1.1EDA技术的涵义一、EDA技术的涵义EDA（Electronic Design Automation）即电子设计自动化是指利用计算机完成电子系统的设计。
二、 EDA技术的分类EDA技术分：广义的EDA技术和狭义的EDA技术广义的EDA技术是指以计算机和微电子技术为先导，汇集了计算机图形学、数据库管理、图论和拓扑逻辑、编译原理、微电子工艺与结构学和计算数学等多种计算机应用学科最新成果的先进技术。
狭义的EDA技术是指以大规模可编程逻辑器件为载体，以硬件描述语言HDL为系统逻辑的主要表达方式，借助功能强大的计算机，在EDA 工具软件平台上，对用HDL描述完成的设计文件，自动完成用软件方式设计的电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑简化、逻辑分割、逻辑综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真，直至对特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片ASIC（Application Specific Integrated Circuits）的一门新技术。
本书中提到的EDA技术指的是狭义的EDA技术。
1.2EDA技术的发展历史EDA技术的发展，大致经历了三个发展阶段：1.计算机辅助设计CAD 2.计算机辅助工程设计CAE 3.电子设计自动化EDA1.3 EDA技术的基本特征EDA技术的基本特征主要包括：1.EDA技术采用自顶向下的设计方法2.EDA技术的设计语言是硬件描述语言3.EDA技术具有逻辑综合和优化的功能4.EDA技术采用开放性和标准化的软件框架1.4 EDA的主要内容EDA技术主要这几方面的内容： 1．可编程逻辑器件2．硬件描述语言3．软件开发工具1.可编程逻辑器件可编程逻辑器件是一种由用户编程以实现某种逻辑功能的新型件。
可编程逻辑器件也称为可编程ASIC，它是EDA技术的物质基础。
2.硬件描述语言HDL语言是EDA技术的重要组成部分，它是一种用于描述硬件电子系统的计算机语言，它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。
立创eda历史文件
立创EDA历史文件立创EDA的定义和应用领域立创EDA（Electronic Design Automation）是指电子设计自动化的工具和技术。
它通过计算机软件来辅助电子设计师进行电路设计、布局、仿真、验证和制造等过程，提高设计效率和可靠性。
立创EDA在电子行业的应用领域非常广泛，涵盖了集成电路、系统级芯片、电路板设计、嵌入式系统等。
无论是从小规模的最简单电路设计，还是到大规模的复杂集成电路设计，立创EDA都起到了至关重要的作用。
它使得电子设计者能够更加高效地完成设计任务，提高产品质量和市场竞争力。
立创EDA的发展历史早期EDA工具的出现在20世纪50年代，随着集成电路的发展，电子设计师面临着更加复杂和困难的设计任务。
这促使了早期EDA工具的出现。
1962年，IBM推出了最早的EDA工具——Discrete Network Analyzer。
此后，EDA工具不断发展，涌现了一系列的电路仿真、布局和布线工具。
EDA工具的快速发展20世纪70年代末和80年代初，EDA工具取得了快速的发展。
Cadence、Mentor Graphics和Synopsys等公司相继成立，推出了一系列的EDA工具。
这些工具包括了逻辑合成、电路仿真、布局和布线等功能。
此时的EDA工具已经具备了一定的规模和功能，开始应用于大规模集成电路设计。
EDA工具的功能扩展随着集成度越来越高，电子产品越来越复杂，EDA工具的功能也不断扩展。
除了传统的逻辑和电路仿真、布局和布线，EDA工具还涵盖了功耗分析、时序分析、射频设计等方面。
这使得电子设计师能够在设计过程中更好地考虑功耗、时序和信号完整性等重要因素。
EDA工具的发展趋势近年来，EDA工具在硬件加速、人工智能和云计算等领域迎来了新的机遇。
EDA工具不仅能够帮助设计师提高设计效率，还能与人工智能技术相结合，提供更加智能化的设计方案。
此外，EDA工具也借助于云计算的力量，提供更加强大的计算和存储能力，加快设计和仿真过程。
EDA概述
PCB设计平台
原理图编辑工具 网表生成工具 布局布线工具 规则检查工具 电磁兼容分析工具 热分析工具
半导体厂IC产品
可编程ASIC产品
制版厂PCB产品
电子系统整机设计、制造用户最终产品
EDA设计方法
• • • • • • • • • • • • 明确功能 确定方案 系统划分 算法设计 高层次系统描述 编译器 中间数据格式 综合器 门级网表文件 适配器 编程文件 P • • 1、标识符。一般有以下规则： （1）有效字符：英文字母、数字和下划线 （2）必须以英文字母开头 （3）下划线的前后必须是英文字母 （4）短标识符不分字母大小写。 VHDL 的关键词有： ABS、ACCESS、AFTER、ALIAS、ALL、AND、 ARCHITECTURE、ARRAY、ASSERT、BEGIN、 BLOCK、BODY、BUFFER、BUS、CASE、 DOWNTO、 ELSE、END、ENTITY、EXIT、IN、NAND、NEW、 NEXT、OR、XOR、----------
FOR OTHERS：元件名 USE ENTITY WORK. 实体名（结构体名）； FOR ALL：元件名 USE ENTITY WORK . 实体名（结构体名）；
如果没有指定实体所对应的结构体，则默认最新编译的结构 体与实体连接。
4、程序包
• 程序包是一个可以单独编译的单元，在其中可以定义一些 公用数据类型、常量、子程序和元件等，作用与C语言的 H文件类似。在VHDL编译系统中有许多标准的程序包， 用户也可自己编写程序包。一个程序包有两大部分组成： 程序包说明和程序包体，基本格式为： • PACKAGE程序包 IS • [说明语句] 程序包说明 • END PACKAGE 程序包名；
EDA技术与应用
EDA技术与应用电子设计技术的核心就是EDA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、智能化技术最新成果而研制成的电子CAD通用软件包，主要能辅助进行三方面的设计工作，即IC设计、电子电路设计和PCB设计。
以下是关于EDA技术与应用，欢迎大家参考!EDA 技术已有30 年的发展历程，大致可分为三个阶段。
70 年代为计算机辅助设计（CAD阶段，人们开始用计算机辅助进行IC版图、PCB布局布线，取代了手工操作。
80年代为计算机辅助工程（CAE）阶段。
与CAD相比，CAE除了有纯粹的图形绘制功能外，又增加了电路功能设计和结构设计，并且通过电气连接网络表将两者结合在一起，实现了工程设计。
CAE的主要功能是：原理图输入，逻辑仿真，电路分析，自动布局布线，PCB后分析。
90年代为电子系统设计自动化（EDA）阶段。
一、EDA技术的基本特征EDA 代表了当今电子设计技术的最新发展方向，它的基本特征是：设计人员按照“自顶向下”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，这样的设计方法被称为高层次的电子设计方法。
下面介绍与EDA基本特征有关的几个概念。
1.“自顶向下”的设计方法10 年前，电子设计的基本思路还是选用标准集成电路“自底向上”地构造出一个新的系统，这样的设计方法就如同一砖一瓦建造金字塔，不仅效率低、成本高而且容易出错。
高层次设计是一种“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络表，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，这既有利于早期发现结构设计上的错误，避免设计工作的浪费，又减少了逻辑功能仿真的工作量，提高了设计的一次成功率。
认识EDA技术
可以反复地擦除、编程， 可以反复地擦除、编程，方便设计的修改和升 级 灵活地定义管脚功能，减轻设计工作量， 灵活地定义管脚功能，减轻设计工作量，缩短 系统开发时间 保密性好
管脚数目： 管脚数目：
208个 208个
电源： 电源：
3.3V（I/O） 3.3V（I/O） 2.5V（内核） 2.5V（内核）
1.数字电路课程的回顾 数字电路课程的回顾
布尔函数－－数字系统数学基础（卡诺图） 布尔函数－－数字系统数学基础（卡诺图） －－数字系统数学基础 数字电路设计的基本方法
组合电路设计 逻辑图 问题 逻辑关系 真值表 化简 逻辑图 时序电路设计 列出原始状态转移图和表 状态优化 状态分配 触发器选型 求解方程式 逻辑图
EDA技术 1.1 EDA技术
1. EDA发展的几个阶段 EDA发展的几个阶段
EDA技术 1.1 EDA技术
计算机辅助设计CAD （Computer Aided 计算机辅助设计 Design利用计算机代替手工劳动，辅助进行 版图 利用计算机代替手工劳动， 利用计算机代替手工劳动 辅助进行IC版图 编辑， 布局布线。 编辑，PCB布局布线。 布局布线 计算机辅助工程CAE（Computer Aided （ 计算机辅助工程 Engineering除了纯粹的图形绘制功能外，又增加 除了纯粹的图形绘制功能外， 除了纯粹的图形绘制功能外 了电路功能设计和结构设计， 了电路功能设计和结构设计，并且通过电气连接网表 将两者结合在一起。 将两者结合在一起。
EDA技术 1.1 EDA技术
狭义的EDA技术特指IC设计中的CPLD、 狭义的EDA技术特指IC设计中的CPLD、FPGA EDA技术特指IC设计中的CPLD 设计，是指以大规模可编程器件为设计载体， 设计，是指以大规模可编程器件为设计载体， 以硬件描述语言为设计语言，以计算机为工具， 以硬件描述语言为设计语言，以计算机为工具， 以大规模可编程器件开发软件为平台， 以大规模可编程器件开发软件为平台，用软件 的方式设计硬件电子系统的一门新技术。 的方式设计硬件电子系统的一门新技术。
集成电路发展历史
集成电路发展历史
集成电路是指将众多微小的电子元器件集成在同一个晶片上的电路，它是电子技术发展的重要里程碑之一。
以下是集成电路发展的几个阶段：1.1958年，第一块集成电路芯片由美国德州仪器公司发明。
这一阶段的芯片主要采用第一代技术，也称为“小规模集成电路”，通常集成10-20个晶体管。
2.1961年，集成度进一步提高，第二代集成电路出现，一般包含几百个晶体管。
3.1964年，第三代集成电路出现，集成度达到了几千个晶体管。
美国英特尔公司生产的4004微处理器就是这一时期的代表。
4.1971年，第四代集成电路出现，集成度已经上升到了数万个甚至几十万个晶体管。
这一阶段采用的工艺是互补型金属氧化物半导体（CMOS）工艺，极大地提高了集成电路的可靠性和稳定性。
5.1980年代以后，出现了大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLSI）等技术，集成度更高，数量更多，体积更小，功耗更低，性能更强。
今天，集成电路的应用已经渗透到了各个领域，如计算机、手机、通讯、医疗、汽车等等，推动了人类社会信息化的进程，并成为现代科技发展的重要支撑。
EDA原理及应用
马冬梅
2019.1.17
内容： 一、EDA设计导论 二、可编程逻辑器件设计方法 三、Verilog HDL语言基础
一、EDA设计导论
EDA技术综述；
EDA技术发展历史 EDA技术涵义 EDA技术主要内容
PLD设计方法学；
PLD设计概论 PLD设计术，是通过计算机及其电子系统的辅助 分析和设计软件，完成电子系统某一部分的设计过 程。因此，广义EDA技术除了包含狭义的EDA技术 外，还包括计算机辅助分析CAA技术（如PSPICE， EWB，MATLAB等），印刷电路板计算机辅助设计 PCB-CAD技术（如PROTEL，ORCAD等）和其它高 频和射频设计和分析的工具等。
PLD设计方法学
传统上的设计方法是自下而上 的设计方法，是以固定功能元 件为基础，基于电路板的设计 方法。这种设计方法有下面的 缺点： • 设计依赖于设计人员的经验。 • 设计依赖于通用元器件。 • 设计后期的仿真不易实现，并 且调试复杂。 • 设计实现周期长，灵活性差， 耗时耗力，效率低下。
系统调试、测试与性能分析 完整系统构成 电路板设计 固定功能元件 系统功能需求
4、综合优化
所谓综合就是将较高级抽象层次的描述转化成较 低层次的描述。综合优化根据目标与要求优化所生 成的逻辑连接，使层次设计平面化，供FPGA布局 布线软件进行实现。
综合优化是指将设计输入编译成由与门、或门、 非门、RAM、触发器等基本逻辑单元组成的逻辑 连接网表，而并非真实的门级电路。真实具体的门 级电路需要利用FPGA制造商的布局布线功能，根 据综合后生成的标准门级结构网表来产生。由于门 级结构、RTL级的HDL程序的综合是很成熟的技术， 所有的综合器都可以支持到这一级别的综合。