浅谈EDA技术

何伟

摘要：由于电子技术的飞速发展，使得基于EDA技术的电子系统设计方法得以广泛应用。EDA技术已成为现代系统设计和电子产品研发的有效工具，成为电子工程师应具备的基本能力。本文先介绍了EDA技术的发展过程，并对其基本特点予以详细叙述，最后对其发展趋势予以展望。

关键词：电子系统；EDA技术；设计方法

1、前言

随着计算机技术和集成电路的飞速发展，电子技术面临着严峻的挑战。由于电子产品的研发周期不断缩短，专用集成电路（ASIC）的设计面临着设计周期越来越短与设计难度不断提高的矛盾。为了解决这一矛盾，就有必要采用新的电子电路设计方法和相应的设计工具，在此情况下，EDA （E1echonics Design Automation，即电子设计自动化）技术也就应运而生。

2、EDA技术发展概况

电子设计自动化技术是在计算机平台上利用计算机图形学、拓扑逻辑学、计算数学以及人工智能等多种计算机应用技术的最新成果基础上而开发出来的一种电子系统设计工具，同时相应提出了先进的电子系统设计方法，是一种帮助电子设计工程师更加有效地从事电子产品和系统设计的综合技术。该技术至今已有40多年的发展历程，大致可以分为三个发展阶段：

（1）CAD （计算机辅助设计）阶段

这个阶段始于20世纪70年代，由于研制了一些相应的软件工具，因此其主要特征是利用计算机辅助进行PCB 布线、电路模拟、逻辑模拟及版图的绘制等，从而使电子系统设计人员能够借助计算机辅助设计软件从大量繁琐、重复的计算和绘图工作中解脱出来，使设计周期得以缩短，设计效率显著提高。

（2）CAE（计算机辅助工程设计）阶段（20 世纪八九十年代中期）

这一阶段始于20世纪80年代，由于在集成电路技术、电子系统设计方法学和设计工具集成化等方面获得了许多技术上的迅速发展。使得各种设计工具，如原理图输入、编译与连接、逻辑模拟、测试码生成、版图自动布局和布线以及各种单元库等得以丰富和完善。其主要特征是以定时分析、逻辑摸拟、故障仿真、自动布局布线为核心，重点解决了电子电路设计过程中的功能检测等问题，从而使得电子产品的设计在制作之前就能够预知产品的功能与性能。

（3）EDA 阶段

这一阶段始于20 世纪 90 年代，其主要特征是以高级描述语言、系统仿真和综合技术为特点，采用“自顶向下”的设计理念，将设计前期的许多高层次设计由EDA工具来完成。这种方法不仅极大地提高了电路系统的设计效率，而且使设计者从大量的辅助性工作中解脱出来，能够将精力集中于方案的创造性与概念的构思上。

目前EDA技术已经进入第四个发展阶段，即进入以互连为核心的IDD（Interactive Driving Design）设计方式的发展阶段。该阶段工程师在进行系统项目上游设计时，通过将下游物理设计中制约条件同时考虑进去，从而使芯片系统的工作更加稳定可靠。

3、EDA技术的基本特点

EDA代表了当今电子设计技术的最新发展方向，电子设计工程师们可以利用EDA工具设计复杂电子系统，通过计算机来完成大量繁琐的设计工作，即就是将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图的整个过程都在计算机上自动处理完成。该技术具有以下一些特点：

（1） 自顶向下的设计方法。

“自顶向下”（Top- Down）是一种全新的设计方法，这种设计方法从设计的总体要求入手，自顶向下将整个系统设计划分为不同的功能子模块，即在顶层进行功能方划分和结构设计。这样可以在方框图一级就进行仿真和纠错，并能用硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述，从而在系统一级就能进行验证，然后由EDA综合工具完成到工艺库的映射。由于设计的主要仿真和纠错过程是在高层次上完成的，这种方法有利于在早期发现结构设计上的错误，从而避免设计工作中的浪费，同时也大大减少了逻辑功能仿真的工作量，提高了设计效率。

（2） 可编程逻辑器件PLD

可编程逻辑器件是一种由用户编程以实现某种电子电路功能的新型器件，PLD 可分为低密度和高密度两种。其中低密度 PLD 器件的编程都需要专用的编程器，属于半定制的专用集成电路器件，而高密度 PLD 就是EDA 技术中经常用到的复杂可编程逻辑器件（CPLD）、现场可编程门阵列（FPGA）以及在系统可编程逻辑器件（ISP-PLD）等，它们属于全定制ASIC 芯片，编程时仅需以 JTAG 方式与计算机并口相连即可。

（3） 硬件描述语言

硬件描述语言（HDL- Hardware Description Language）是一种用于设计硬件电子系统的计算机高级语言，就是用软件编程的方式来描述复杂电子系统的逻辑功能、电路结构和连接形式。硬件描述语言是EDA技术的重要组成部分，是EDA设计开发中很重要的软件工具。其中VHDL即超高速集成电路硬件描述语言，是电子设计中主流的硬件描述语言，用VHDL进行电子系统设计的一个优点是使设计者可以专心致力于其功能的实现，而不需要对与工艺有关的因素上花费过多的时间和精力。

4、EDA技术的发展趋势

随着科技水平的提高，电子产品的更新换代日新月异，而EDA技术作为各类电子产品研发的源动力，自然而然成为现代电子系统设计的核心。

进入21世纪以来，电子技术已经全方位纳入到EDA领域，EDA技术使得电子领域各学科之间的界限愈加模糊，相互间互为包容，其发展趋势主要表现在以下几个方面：EDA技术要生存就必须适应市场发展趋势，要专注于技术创新，而EDA产品技术创新的重点将体现在系统级验证及可制造性设计（DFM ）两大领域；使电子设计成果将以自主知识产权（IP）的方式得以明确表达和确认，IP的合理应用是产品设计流程得以加速的一个有效途径；一体化的设计工具平台使用户受益于统一的用户界面，避免了在不同的工具之间进行数据相互转换等繁琐的操作过程；描述语言一直是EDA业中重要的一环，然而随着IC复杂度的不断提高，从更高层次入手对系统进行描述是描述语言未来的发展方向；随着EDA技术在全世界范围内的飞速发展，使得基于Linux环境的EDA技术将成为电路设计领域的主流。

EDA技术应用广泛，如今已涉及到各行各业，EDA技术水平也在不断提高，设计工具趋于完美，EDA市场也日趋成熟。

5、结束语

随着集成电路技术和计算机技术的飞速发展，电子系统的设计方法和设计手段都发生了巨大的变化。传统的“固定功能集成块加连线”的设计方法正逐步地退出历史舞台，而基于专用芯片的设计方法正成为现代电子系统设计的主流。

[参考文献]

[1]王锁平，龚建荣. EDA技术及发展趋势[J].电子世界，2002（12）.

[2]居龙. EDA产业未来的发展策略[J].电子设计应用，2006（1）.

[3]潘松，赵敏.EDA技术及其应用[M].北京：科学出版社，2007：5-20.

（作者单位：陕西理工学院物理与电信工程学院，陕西 汉中 723001）