1、EDA技术已有几十年的发展历程，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版图编辑、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：原理图输人，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。2、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
2、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人手，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
3、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，避燃计工作的浪费，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。 2、ASIC设计。现代电子产品的复杂度日益提高，一个电子系统可能由数万个中小规模集成电路构成，这就带来了体积大、功耗大、可靠性差的问题。解决这一问题的有效方法就是采用ASIC芯片进行设计。ASIC按照设计方法的不同可分为全定制ASIC、半定制ASC和可纪程ASIC（也称为可编程逻辑器件）。 设计全定制ASI
4、C芯片时，设计师要定义芯片上所有晶体管的几何图形和工艺规则，最后将设计结果交由m厂家去进行格模制造，做出产品。这种设计方法的优点是芯片可以获得最优的性能，即面积利用率高、速度快、功耗低，而缺点是开发周期长，费用高，只适合大批量产品开发。半定制ASIC芯片的版图设计方法分为门阵列设计法和标准单元设计法，这两种方法都是约束性的设计方法，其主要目的就是简化设计，以牺牲芯片性能为代价来缩短开发时间。可编程逻辑芯片与上述掩模ASIC的不同之处在于：设计人员完成版图设计后，在实验室内就可以烧制出自己的芯片，无须IC厂家的参与，大大缩短了开发周期。 可编程逻辑器件自70年代以来，经历了PAL、GALGPLD
5、、FPGA几个发展阶段，其中CPLDFPGA高密度可编程逻辑器件，目前集成度已高达200万门片，它将格模ASC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或小批量产品开发，使产品能以最快的速度上市，而当市场扩大时，它可以很容易地转由掩模ASIC实现，因此开发风险也大为降低。上述ASIC芯片，尤其是CPLDFPGA器件，已成为现代高层次电子设计方法的实现载体。 3、硬件描述语言。硬件描述语言（HDL）是一种用于设计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，与传统的门级描述方式相比，它更适合大规模系统的设计。例如一个
6、32位的加法器，利用图形输入软件需要输人500至1000个门，而利用VHDL语言只需要书写一行“ABC”即可。而且 VHDL语言可读性强，易于修改和发现错误。早期的硬件描述语言，如ABEL、HDL、AHDL，由不同的EDA厂商开发，互不兼容，而且不支持多层次设计，层次间翻译工作要由人工完成。为了克服以上不足，1985年美国国防部正式推出了高速集成电路硬件描述语言VHDL，1987年IEEE采纳VHDL为硬件描述语言标准（IEEE STD1076）。 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层次，支持结构、数据流和行为三种描述形式的混合描述，因此VHDL
7、几乎覆盖了以往各种硬件俄语言的功能，整个自顶向下或由底向上的电路设计过程都可以用VHDL来完成。VHDL还具有以下优点：（1）VHDL的宽范围描述能力使它成为高层进设计的核心，将设计人员的工作重心提高到了系统功能的实现与调试，而花较少的精力于物理实现。（2）VHDL可以用简洁明确的代码描述来进行复杂控制逻辑艄设计，灵活且方便，而且也便于设计结果的交流、保存和重用。（3）VHDL的设计不依赖于特定的器件，方便了工艺的转换。（4）VHDL是一个标准语言，为众多的EDA厂商支持，因此移植性好。 4、EDA系统枢架结构。EDA系统框架结构（FRAMEWORK）是一套配置和使用EDA软件包的规范。目前主
8、要的EDA系统都建立了框架结构，如 CADENCE公司的Design Framework，Mentor公司的Falcon Framework，而且这些框架结构都遵守国际CFI组织制定的统一技术标准。框架结构能将来自不同EDA厂商的工具软件进行优化组合，集成在一个易于管理的统一的环境之下，而且还支持任务之间、设计师之间以及整个产品开发过程中的信息传输与共享，是并行工程和自顶向下设计施的实现基础。三、EDA的设计流程1、 文本/原理图编辑与修改。首先利用EDA工具的文本或图形编辑器将设计者的设计意图用文本（ABEL-HDL程序）或图形方式（原理图或状态图）表达出来。2、 编译。完成设计描述后即可通
9、过编译器进行排错编译，变成特定的文本格式，为下一步的综合做准备。 3、 综合。这是将软件设计与硬件的可实现性挂钩，是将软件转化为硬件电路的关键步骤。综合后HDL综合器可生成ENIF、XNF或VHDL等格式的网表文件，他们从门级开始描述了最基本的门电路结构。 4、行为仿真和功能仿真。利用产生的网表文件进行功能仿真，以便了解设计描述与设计意图的一致性。（该步骤可以略去） 5、适配。利用FPGA/CPLD布局布线适配器将综合后的网表文件针对某一具体的目标器件进行逻辑映射操作，其中包括底层器件配置、逻辑分割、逻辑优化、布局布线。该操作完成后，EDA软件将产生针对此项设计的适配报告和JED下载文件等多项
10、结果。适配报告指明了芯片内资源的分配与利用、引脚锁定、设计的布尔方程描述情况。 6、 功能仿真和时序仿真。该不妨真实接近真实器件运行的方针，仿真过程已将器件的硬件特性考虑进去了，因此仿真精度要高的多。（该步骤也可略去） 7、 下载。如果以上的所有过程都没有发现问题，就可以将适配器产生的下载文件通过FPGA/CPLD下载电缆载入目标芯片FPGA或CPLD中。 8、 硬件仿真与测试。四、EDA技术的应用EDA在教学、科研、产品设计与制造等各方面都发挥着巨大的作用。在教学方面，几乎所有理工科（特别是电子信息）类的高校都开设了EDA课程。主要是让学生了解EDA的基本概念和基本原理、掌握用HDL语言编写
11、规范、掌握逻辑综合的理论和算法、使用EDA工具进行电子电路课程的实验并从事简单系统的设计。一般学习电路仿真工具（如EWB、PSPICE）和PLD开发工具（如Altera/Xilinx的器件结构及开发系统），为今后工作打下基础。 科研方面主要利用电路仿真工具（EWB或PSPICE）进行电路设计与仿真；利用虚拟仪器进行产品测试；将CPLD/FPGA器件实际应用到仪器设备中；从事PCB设计和ASIC设计等。 在产品设计与制造方面，包括前期的计算机仿真，产品开发中的EDA工具应用、系统级模拟及测试环境的仿真，生产流水线的EDA技术应用、产品测试等各个环节。如PCB的制作、电子设备的研制与生产、电路板的
12、焊接、ASIC的流片过程等。 从应用领域来看，EDA技术已经渗透到各行各业，如上文所说，包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA有应用。另外，EDA软件的功能日益强大，原来功能比较单一的软件，现在增加了很多新用途。如AutoCAD软件可用于机械及建筑设计，也扩展到建筑装璜及各类效果图，汽车和飞机的模型、电影特技等领域。5、EDA的发展前景随着微电子技术和计算机技术的不断发展，在涉及通信、国防、航天、工业自动化、仪器仪表等领域工作中，技术的含量以惊人的速度上升，从而使它成为当今电子技术发展的前沿之一。由于在电子系统设计领域中的明显优势，基于大规模可编程
13、器件解决方案的EDA技术及其应用在近年中有了巨大的发展，将电子设计技术再次推向又一崭新的历史阶段。这些新的发展大致包括这样6个方面：新器件；新工具软件；嵌入式系统设计；DSP系统设计；计算机处理器设计；与ASIC市场的竞争技术。以下将分别予以说明。1、新器件 由于市场产品的需求和市场竞争的促进，成熟的EDA工具所能支持的，同时标志着最新EDA工具所能支持的，同时标志着最新EDA技术发展成果的新器件不断涌现，其特点主要表现为： 大规模、低功耗、模拟可编程、含多种专用端口和附加功能模块的FPGA。 2、新工具软件 为了适应更大规模FPGA的开发，包括片上系统的DSP的开发，除了第三方EDA公司不断
14、更新的通用EDA工具外，主要PLD供应商也相继推出，并适时升级其EDA开发工具。 3、在FPGA中植入嵌入式系统处理器 4、基于FPGA的DSP系统设计 现代大容量、高速度的FPGA的出现，克服了上述方案的诸多不足。在这些FPGA中，一般都内嵌有可配置的高速RAM、PLL、LVDS、LVTTL以及硬件乘法累加器等DSP模块。用FPGA来实现数字信号处理可以很好地解决并行性和速度问题，而且其灵活的可配置特性，使得FPGA构成的DSP系统非常易于修改、易于测试及硬件升级。 5、计算机处理器设计 EDA技术与FPGA在通信领域中的成功已是众所周知的事实了，而对于一般的处理器的实现也已司空见惯。如利用
15、硬件描述语言设计嵌入式系统处理器、各类CPU或单片机等，并以软核的形式在FPGA中实现。但利用FPGA实现高性能的处理器，乃至超级计算机处理器的功能，不能不说是一项崭新的尝试。目前，尽管基于EDA技术的计算机处理器的FPGA实现尚未进入全面的商业化开发阶段，但其研究和应用的成果却不得不令人深感FPGA在这一领域中的巨大潜力和广阔的市场。 6、与ASIC市场的竞争技术 由于EDA技术是面向解决电子系统最基本最低层硬件实现问题的技术，因此就其发展趋势的横向看，势必涉及越来越广阔的电子技术及电子设计技术领域。其中包括电子工程、电子信息、通信、航天航空、工业自动化、家电、生物工程等等。而且随着大规模集成电路技术的发展和EDA工具软件功能的不断加强，所涉及的领域还将不断扩大；而从纵向看，EDA技术实现的硬件形式和涉及的理论模型必将走向一个统一的结合体，即单片系统SOC或SOPC。 综上所述，EDA技术是电子设计领域的一场革命，目前正处于高速发展阶段，每年都有新的EDA工具问世。进入21世纪，全定制和定制专用集成电路正成为新的发展热点，专用集成电路的设计与应用必须依靠专门的EDA工具，因此EDA技术在功能仿真、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。21世纪将是EDA技术的高速发展期，EDA技术将是对21世纪产生重大影响的十大技术之一。
