EDA技术的基础知识汇总（概念、发展历程、特征、应用）

一、引言

20世纪末，电子技术得到了飞速发展，电子设计自动化（EDA）技术，加速了现代高科技发展的进程，从微电子技术、微电脑技术到信息技术、宇航技术等广泛领域，日益显示出其强大的功能和不可替代的重要作用，在电子系统的设计上产生了具有里程碑意义的飞跃，为大规模可编程逻辑器件的应用奠定了基础。

二、EDA概念及发展历程

EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的英文缩写。EDA技术就是以大规模可编程逻辑器件作为设计载体，依赖计算机，在EDA工具软件平台上，对硬件描述语言VHDL为系统逻辑描述手段完成的设计文件。自动完成逻辑化简、逻辑编译、逻辑分割、逻辑综合、布局布线，以及逻辑优化和仿真测试。完成对特定目标芯片的一门新技术。

三、EDA技术特征

现代EDA技术的基本特征是采用高级语言描述，具有系统级仿真和综合能力。利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成。设计者主要采用并进行工作和自顶向下的设计方法，然后从系统设计入手，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VHDL、venrilogHDL、ABEL等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，最后通过综合器和适配器生成最终的目标器件。设计者的工作仅限于利用软件的方式，即利用硬件描述语言和EDA软件来完成对系统硬件功能的实现。设计的主要仿真和调试过程在高层次完成，有利于早期发现结构设计上的错误。避免了设计工作的浪费，减少了工作量，提高了设计的一次性成功率。

在EDA技术中所用的大规模、超大规模芯片被称为可编程ASIC芯片，自70年代以来，经历了CPM、CPLD、FPGA几个发展阶段，其中CPM（复杂可编程逻辑器件）/FPGA（现场可编程逻辑器件）属高密度可编程逻辑器件，集成度高达200万门/片以上，它将掩膜AsIC集成度高的优点和可编程逻辑器件设计生产方便的特点结合在一起，特别适合于样品研制和小批量产品开发，是目前使用最为广泛的主流产品，具有极大的灵活性和通用性，成为可编程专用IC。允许用户在系统中编程和修改逻辑设计，给使用者提供了在不修改系统硬件的条件下重构系统的能力和硬件升级能力。使硬件修改变得像软件修改一样方便。当产品定型和产量扩大后，可将在生产中得到充分检验并多次修改完善的电子设计迅速地进行ASIC投产。

四、基干VHDL的自顶向下的设计方法

硬件描述语言是一种用于电子系统硬件设计的计算机高级语言，它采用软件的方法来描述电子系统的逻辑功能，电路结构和连接形式。VHDL语言作为工业标准硬件描述语言，已得到众多EDA公司的支持，在电子工程领域，已成为通用硬件描述语言，承担几乎全部数字系统的设计任务。V|ⅢL支持各种模式的设计方法，使设计者可以专心致志于其功能的实现。而不需要对不影响功能的与工艺有关的因素花费过多时间与精力。

传统的电子设计技术通常是自下而上的设计方法。即首先确定系统最底层的电路模块或元件的结构和功能，然后根据主系统的功能工求，将它们组合成更大的功能模块，使它们的结构和功能满足高层次系统的要求。依此流程，逐步上推直至整个目标系统的完成。由于设计只能采用系统仿真仪、逻辑分析仪和示波器进行仿真和调试。故只有系统设计完成后才能进行仿真调试。系统设计问题只能在后期发现，一旦考虑不周，整个设计势必从头开始，设计周期大大增加。

在EDA技术应用中，采用自顶向下的设计方法，即从系统总体出发，自上而下地逐步细化设计内容，最后完成系统设计。它包括如下设计阶段：①设计思路输入阶段：依据系统对硬件要求，详细编制技术规格书，对系统功能细化，合理划分功能模块，画出功能框图。②编译阶段：建立V皿L行为描述模型，通过VHDL仿真器对项层设计仿真，检查设计原理是否正确，如有错，则返回项层修改。将VHIDL行为描述转化为RTL描述，并对RTL描述级模型仿真。③逻辑综合：使用逻辑综合工具将RTL描述转化为逻辑元件表示的文件（门级网络表）。结合具体的目标硬件环境进行标准单元调用、布局布线和约束条件优化配置。同时生成V皿L格式的时序仿真文件等。④协能仿真和时序仿真阶段：一般使用vIⅢL仿真器进行门级仿真，在计算机上了解更接近硬件目标器件工作的功能时序。仿真成功将适配器产生的配置文件通过编程器或下载电缆载入目标苍片。⑤对完成的硬件系统进行检查、测试。

五、EDA技术的应用

在当前高新技术飞速发展的信息时代电子技术的重要地位日趋上升。作为各种高级专门人才的发源地——高等院校来说，不断改进教学方法和教学方法和教学手段，加强和巩固学生电子技术的基础知识，将EDA技术广泛应用到电类专业的实践教学和科研工作中，显得非常重要。开展EDA教学科研工作会对微电子类、计算机类学科产生积极的影响，促进高样相应学科的协调发展，无形中极大地促进高校教学手段现代化的进一步提高，对教育改革发展产生催化作用。

EDA技术广泛应用于产品设计及传统电子产品的升级换代和技术改造中。从高性能的微处理器、数字信号处理器到家电、消费类电子产品（如MP3、MP4）、电子玩具电路等，功A技术不但应用于前期的仿真，产品调试，而且在后期的制作、生产、线路板焊接等制作过程发挥重要作用。从而大大提高电子产品的性能，缩小产品体积，提高产品技术含量及附加值。随着科技的进步，电子产品的更新目新月异，EDA技术的广泛应用是提高我国电子产品质量的必由之路。FPGA/CPLD器件及其平台的推广己为EDA技术的普及铺平了道路。

六、结束语

EDA技术在进入2l世纪后，由于更大规模的FPGA和新器件的不断推出，在仿真和设计两方面支持标准硬件描述语言的功能强大的EDA软件不断更新增加。使EDA技术得到迅猛发展。电子技术全方位纳入EDA领域，电类学科的界限变得更加模糊。突出表现在以下几个方面：电子系统的快捷设计，低成本开发，精确分析、直观显示、全频带工作得以实现。使电子设计成果以自主知识产权的方式得以明确表达与确定成为可能：基于EDA工具ASIC设计标准单元已涵盖大规模电子系统及IP核模块；EDA技术涵盖了电子工程设计的全过程，大大改变了设计方法及设计手段，真实反映了电路特性，方便实现电路结构及性能的优化设计，并能提供相当完整而详细的数据材料。EDA技术已成为电子设计的核心，掌握并普及这一全新技术，将对我国电子技术的发展产生深远意义。        责任编辑：tzh