EDA課程綜述報告

課程綜述課程名稱 在系統(tǒng)編程技術(shù)任課教師 查長軍班級 09通信(2)班姓名袁春雨學(xué)號 0905073005日期 2012.5.29EDA技術(shù)課程綜述前曰：EDA技術(shù)即電子設(shè)計自動化(ElectronicDesignAutomation)技術(shù)，以大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷樵O(shè)計載體,以硬件描述語言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達(dá)方式，以計算機(jī)、大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷拈_發(fā)軟件及實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)為設(shè)計工具，通過有關(guān)的開發(fā)軟件，自動完成用軟件的方式設(shè)計電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的一門技術(shù)。EDA技術(shù)是一種實(shí)現(xiàn)電子系統(tǒng)或電子產(chǎn)品自動化設(shè)計的技術(shù)與電子技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。同時它吸收了計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的大多數(shù)最新研究成果，以計算機(jī)作為基本工作平臺，利用計算機(jī)圖形學(xué)、拓?fù)溥壿媽W(xué)、計算數(shù)學(xué)以至人工智能學(xué)等多種計算機(jī)應(yīng)用學(xué)科的最新成果而開發(fā)出來的一整套電子CAD通用軟件工具，是一種幫助電子設(shè)計工程師從事電子組件產(chǎn)品和系統(tǒng)設(shè)計的綜合技術(shù)。本文從EDA技術(shù)的發(fā)展歷史，發(fā)展現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展趨勢全方位的展示EDA技術(shù)的優(yōu)勢和一些前沿科技應(yīng)用，以此來更好的展示EDA技術(shù)的魅力。本文撰寫的目的：①通過搜集文獻(xiàn)資料過程，可進(jìn)一步熟悉本學(xué)科領(lǐng)域文獻(xiàn)的查找方法和資料的積累方法；在查找的過程中同時也擴(kuò)大了知識面;②查找文獻(xiàn)資料、寫課程綜述是科研選題及進(jìn)行科研的第一步，因此學(xué)習(xí)文獻(xiàn)綜述的撰寫也是為今后科研活動打基礎(chǔ)的過程；③通過綜述的寫作過程，能提高歸納、分析、綜合能力，有利于獨(dú)立工作能力和科研能力的提高。摘要EDA的基本概念以及EDA設(shè)計系統(tǒng)的特點(diǎn)；此外還說明了EDA所涉及的主要方面和各個方面在設(shè)計過程中的作用；EDA技術(shù)的發(fā)展趨勢等方面。EDA技術(shù)HDL電子正文：一、EDA技術(shù)的的概述：EDA技術(shù)是在電子CAD技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的通用軟件系統(tǒng)，是指以計算機(jī)為工作平臺，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最新成果，進(jìn)行電子產(chǎn)品的自動設(shè)計。EDA設(shè)計可分為系統(tǒng)級、電路級和物理實(shí)現(xiàn)級。物理級設(shè)計主要指IC版圖設(shè)計，一般由半導(dǎo)體廠家完成；系統(tǒng)級設(shè)計主要面對大型復(fù)雜的電子產(chǎn)品；而一般民用及教學(xué)所涉及基本是電路級設(shè)計。我們常用的EDA軟件多屬于電路級設(shè)計。電路級設(shè)計工作，是在電子工程師接受系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)后，首先確定設(shè)計方案，并選擇合適的元器件，然后根據(jù)具體的元器件設(shè)計電路原理圖，接著進(jìn)行第一次仿真。其中包括數(shù)字電路的邏輯模擬、故障分析、模擬電路的交直流分析、瞬態(tài)分析等。這一次仿真主要是檢驗(yàn)設(shè)計方案在功能方面的正確性。仿真通過后，根據(jù)原理圖產(chǎn)生的電氣連接網(wǎng)絡(luò)表進(jìn)行PCB板的自動布局布線，有條件的還可以進(jìn)行PCB后分析。其中包括熱分析、噪聲及竄擾分析、電磁兼容分析、可靠性分析等，并可將分析后的結(jié)果參數(shù)反饋回電路圖，進(jìn)行第二次仿真，也稱作后仿真。后仿真主要是檢驗(yàn)PCB板在實(shí)際工作環(huán)境中的可行性.二、EDA技術(shù)的發(fā)展歷史：二十世紀(jì)后半期，隨著集成電路和計算機(jī)的不斷發(fā)展，電子技術(shù)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。由于電子技術(shù)發(fā)展周期不斷縮短，專用集成電路(ASIC)的設(shè)計面臨著難度不斷提高與設(shè)計周期不斷縮短的矛盾。為了解決這個問題，要求電子工程師必須采用新的設(shè)計方法和使用高層次的設(shè)計工具。在此情況下，EDA技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生?；仡櫧?0年電子設(shè)計技術(shù)的發(fā)展歷程，可將EDA技術(shù)由淺到深分為CAD階段、CAE階段、ESDA階段這3個階段。CAD階段。20世紀(jì)70年代，隨著中小規(guī)模集成電路的開發(fā)應(yīng)用，傳統(tǒng)的手工制圖設(shè)計印刷電路板和集成電路的方法已無法滿足設(shè)計精度和效率的要求因此工程師們開始進(jìn)行二維平面圖形的計算機(jī)輔助設(shè)計，以便解脫繁雜、機(jī)械的版圖設(shè)計工作，這就產(chǎn)生了第1代EDA工具 CAD(計算機(jī)輔助設(shè)計)。這是EDA發(fā)展的初級階段，其主要特征是利用計算機(jī)輔助進(jìn)行電路原理圖編輯，PCB布同布線。它可以減少設(shè)計人員的繁瑣重復(fù)勞動，但自動化程度低，需要人工干預(yù)整個設(shè)計過程。這類專用軟件大多以微機(jī)為工作平臺，易于學(xué)用，設(shè)計中小規(guī)模電子系統(tǒng)可靠有效，現(xiàn)仍有很多這類專用軟件被廣泛應(yīng)用于工程設(shè)計。CAE階段。20世紀(jì)80年代，為適應(yīng)電子產(chǎn)品在規(guī)模和制作上的需要，應(yīng)運(yùn)出現(xiàn)了以計算機(jī)仿真和自動布線為核心技術(shù)的第2代EDA技術(shù)，即CAE計算機(jī)輔助工程設(shè)計階段。這一階段的主要特征是以邏輯摸擬、定時分析、故障仿真、自動布局布線為核心重點(diǎn)解決電路設(shè)計的功能檢測等問題，使設(shè)計能在產(chǎn)品制作之前預(yù)知產(chǎn)品的功能與性能,已經(jīng)具備了自動布局布線、電路的邏輯仿真、電路分析和測試等功能，其作用已不僅僅是輔助設(shè)計，而且可以代替人進(jìn)行某種思維。與CAD相比，CAE除了純粹的圖形繪制功能外，又增加了電路功能設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計，并且通過電氣連接網(wǎng)絡(luò)表將兩者結(jié)合在一起，從而實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計。ESDA階段。20世紀(jì)90年代，盡管CAD/CAE技術(shù)取得了巨大的成功，但并沒有把人從繁重的設(shè)計工作中徹底解放出來。在整個設(shè)計過程中，自動化和智能化程度還不高，各種EDA軟件界面千差萬別，學(xué)習(xí)使用比較困難，并且互不兼容，直接影響到設(shè)計環(huán)節(jié)間的銜接。基于以上不足EDA技術(shù)繼續(xù)發(fā)展，進(jìn)入了以支持高級語言描述、可進(jìn)行系統(tǒng)級仿真和綜合技術(shù)為特征的第3代EDA技術(shù) ESDA電子系統(tǒng)設(shè)計自動化階段。這一階段采用一種新的設(shè)計概念自頂而下(Top-Down)的設(shè)計程式和并行工程(ConcurrentEngineering)的設(shè)計方法，設(shè)計者的精力主要集中在所要電子產(chǎn)品的準(zhǔn)確定義上,EDA系統(tǒng)去完成電子產(chǎn)品的系統(tǒng)級至物理級的設(shè)計°ESDA極大地提高了系統(tǒng)設(shè)計的效率,使廣大的電子設(shè)計師開始實(shí)現(xiàn)“概念驅(qū)動工程”的夢想。設(shè)計師們擺脫了大量的輔助設(shè)計工作，而把精力集中于創(chuàng)造性的方案與概念構(gòu)思上，從而極大地提高了設(shè)計效率，使設(shè)計更復(fù)雜的電路和系統(tǒng)成為可能，產(chǎn)品的研制周期大大縮短。三、EDA技術(shù)的現(xiàn)狀：電子設(shè)計技術(shù)經(jīng)歷了從應(yīng)用分離元件，SS1、MS1到LSI、VS1的發(fā)展過程，其間有許多變革和創(chuàng)新。直到微控制器(MCU)的廣泛應(yīng)用，克服了純數(shù)字電路系統(tǒng)許多不可逾越的困難，它只要配以一定程序(通常固化于EPROM)和一些附屬電路，原則上可以實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜的邏輯功能，它使得電子系統(tǒng)的智能化水平在深度和廣度上都產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，使應(yīng)用SS1通用數(shù)字電路芯片構(gòu)成電路系統(tǒng)，成為歷史。隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的延伸，各類新型電子產(chǎn)品的開發(fā)提出了更高的要求，F(xiàn)PGA/CPLD器件在EDA基礎(chǔ)上的應(yīng)用，從某種意義上說，新的電子系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的物理機(jī)制又將回到原來的純數(shù)字電路結(jié)構(gòu)，但這是一次更高層次的循環(huán)，它在更高層次上容納了過去數(shù)字電路技術(shù)的優(yōu)秀部分，對MCU系統(tǒng)則是一種揚(yáng)棄，但在電子設(shè)計的技術(shù)操作和系統(tǒng)構(gòu)成的整體上卻發(fā)生了質(zhì)的飛躍，如果說MCU在邏輯的實(shí)現(xiàn)上是無限的話，那么高速發(fā)展的FPGA/CPLD不但包括了MCU這一特點(diǎn)，并兼有串、并行工作方式和高速、高可靠性以及寬口徑實(shí)用性等諸多方面的特點(diǎn)。特別是軟/硬IP芯核產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，嵌入式通用與CPLD和FPGA器件的出現(xiàn)，片上系統(tǒng)已近在咫尺?，F(xiàn)在EDA技術(shù)應(yīng)用比較廣泛，包括在機(jī)械、電子、通信、航空航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學(xué)、軍事等各個領(lǐng)域都有EDA的應(yīng)用。目前，EDA技術(shù)已在產(chǎn)品設(shè)計與制造、教學(xué)和科研部門廣泛使用，發(fā)揮著巨大的作用。在產(chǎn)品設(shè)計與制造方面,EDA技術(shù)可實(shí)現(xiàn)前期的計算機(jī)仿真、系統(tǒng)級模擬及測試環(huán)境的仿真、PCB的制作、電路板的焊接、ASIC的設(shè)計等。在教學(xué)方面，高校電子類專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)中，幾乎所有理工科(特別是電子信息)類的高校都開設(shè)了EDA課程。主要是讓學(xué)生了解EDA的基本原理和基本概念，掌握描述系統(tǒng)邏輯的方法，使用凹ID/5PGA器件進(jìn)行電子電路課程的模擬仿真實(shí)驗(yàn)，并在作畢業(yè)設(shè)計時從事簡單電子系統(tǒng)的設(shè)計，既使實(shí)驗(yàn)設(shè)備或設(shè)計出的電子系統(tǒng)具有高可靠性，又經(jīng)濟(jì)、快速，容易實(shí)現(xiàn)，修改便利，同時可大大提高學(xué)生的實(shí)踐動手能力、創(chuàng)新能力和計算機(jī)應(yīng)用能力，為今后工作打下基礎(chǔ)。具有代表性的是全國每兩年舉辦一次大學(xué)生電子設(shè)計競賽活動。在科研和新產(chǎn)品開發(fā)中，0)U)/5PGA可直接應(yīng)用于小批量產(chǎn)品的芯片或作為大批量產(chǎn)品的芯片前期開發(fā)。傳統(tǒng)機(jī)電產(chǎn)品的升級換代和技術(shù)改造0)U)/5PGA的應(yīng)用可提高傳統(tǒng)產(chǎn)品的性能，縮小體積，提高技術(shù)含量和產(chǎn)品的附加值。它主要利用電路仿真工具(EWB或PSPICE、VLOL等)進(jìn)行電路設(shè)計與仿真；利用虛擬儀器進(jìn)行產(chǎn)品調(diào)試；將O)LI)/FPGA器件的開發(fā)應(yīng)用到儀器設(shè)備中。例如在CDMA無線通信系統(tǒng)中，所有移動手機(jī)和無線基站都工作在相同的頻譜，為區(qū)別不同的呼叫，每個手機(jī)有一個唯一的碼序列，CDMA基站必須能判別這些不同觀點(diǎn)的碼序列才能分辨出不同的傳呼進(jìn)程；這一判別是通過匹配濾波器的輸出顯示在輸人數(shù)據(jù)流中探調(diào)到特定的碼序列；FPGA能提供良好的濾波器設(shè)計，而且能完成DSP高級數(shù)據(jù)處理功能，因而FPGA在現(xiàn)代通信領(lǐng)域方面獲得廣泛應(yīng)用。在產(chǎn)品設(shè)計與制造方面，從高性能的微處理器、數(shù)字信號處理器，一直到彩電、音響和電子玩具電路等,EDA技術(shù)不單是應(yīng)用于前期的計算機(jī)模擬仿真、產(chǎn)品調(diào)試而且也在電子設(shè)備的研制與生產(chǎn)、電路板的焊接等方面有著重要的作用?？梢哉f電子EDA技術(shù)已經(jīng)成為電子工業(yè)領(lǐng)域不可缺少的技術(shù)支持。四、EDA技術(shù)的未來發(fā)展展望：舉兩個比較前沿的應(yīng)用展望：以FPGA為物質(zhì)基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)電子胚胎結(jié)構(gòu)的數(shù)字電路系統(tǒng)人們從物種進(jìn)化理論研究中得到了一系列進(jìn)化算法，例如遺傳算法、進(jìn)化策略等。美國Genobyte公司的大規(guī)模進(jìn)化硬件--人工腦機(jī)器(CAMbrainmachine)就是基于遺傳算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理研制的。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有學(xué)習(xí)能力，是從后天漸成說的研究中得到的基本理論。而個體發(fā)生學(xué)又給人們這樣一個啟示:生物的個體生長過程是細(xì)胞的自復(fù)制和自修復(fù)(自治愈)能力的表現(xiàn)，將這一能力的原理應(yīng)用到數(shù)字硬件電路系統(tǒng)的設(shè)計中，就得到了電子胚胎結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，所以說電子胚胎結(jié)構(gòu)的數(shù)字電路系統(tǒng)是基于這個啟發(fā)和原理而設(shè)計的。經(jīng)過對照分析，可見電子胚胎元胞陣列與生物界的共同屬性可分列于下：多細(xì)胞組織--可由FPGA的邏輯塊實(shí)現(xiàn)；細(xì)胞變異--由每個元胞唯一一套坐標(biāo)來體現(xiàn)；細(xì)胞分裂--每個元胞僅由一個配置寄存器配置實(shí)現(xiàn)；生物界還有一個細(xì)胞自復(fù)制和自修復(fù)能力。而傳統(tǒng)硬件電路對電子胚胎結(jié)構(gòu)的自修復(fù)是無能為力的，但目前國際上由瑞士洛桑聯(lián)邦技術(shù)學(xué)院研究的MUXTREE(Multiplexertree)設(shè)計，給出了一個特殊方法，實(shí)現(xiàn)了電子胚胎結(jié)構(gòu)的自修復(fù)。其基本原理就是基本單元執(zhí)行部件是一個選擇器或多路選擇器，多路選擇器的特點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)一個任意組合或時序邏輯的目標(biāo)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖中的任何結(jié)點(diǎn)。這個特殊方法是采用FPGA為物質(zhì)基礎(chǔ)，應(yīng)用EDA技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。以FPGA為物質(zhì)基礎(chǔ)的EDA技術(shù)，用以實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)--藍(lán)牙協(xié)議轉(zhuǎn)換我們還知道藍(lán)牙技術(shù)雖然還不能說是一種成熟的技術(shù)，但如今不僅是用于短距離的無線鏈接，已用到移動通訊設(shè)備，隨著更多支持該技術(shù)產(chǎn)品的推出，必將出現(xiàn)一個短距離鏈接的新時代。故有一些市場研究報告［1］提出：到2004年，藍(lán)牙技術(shù)的市場規(guī)模將超過50億美元。面對這樣的大市場，提供對藍(lán)牙技術(shù)支持能力就變得非常重要，未來的機(jī)頂盒、LAN、打印機(jī)和PC機(jī)等就是關(guān)鍵的設(shè)備。眾所周知，爭取上市時間及降低成本，是對藍(lán)牙技術(shù)推廣的兩個重要因素。它需要快速的設(shè)計派生能力，一個系統(tǒng)設(shè)計是企業(yè)的財產(chǎn)。在目前這種激烈競爭的市場條件下，要求壓縮產(chǎn)品開發(fā)周期，爭取上市時間，系統(tǒng)設(shè)計就必須足夠靈活。因此，采用以FPGA為物質(zhì)基礎(chǔ)的EDA技術(shù)，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)--藍(lán)牙協(xié)議轉(zhuǎn)換，是最為理想的解決方案。藍(lán)牙一以太網(wǎng)LAP解決方案中可以看到，對客戶來說，使參考設(shè)計成為可編程的，以滿足最終客戶的不同需要是關(guān)鍵。到此可看出EDA技術(shù)的獨(dú)特性，它不僅提供了在不同技術(shù)間進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換所需要的關(guān)鍵功能，而且還提供了可根據(jù)客戶需求進(jìn)行重新配置的一個平臺。中國EDA市場已漸趨成熟，不過大部分設(shè)計工程師面向的是PCB制板和小型ASIC領(lǐng)域，僅有小部分（約11%）的設(shè)計人員開發(fā)復(fù)雜的片上系統(tǒng)器件。為了與臺灣和美國的設(shè)計工程師形成更有力的競爭，中國的設(shè)計隊(duì)伍有必要引進(jìn)和學(xué)習(xí)一些最新的EDA技術(shù)。在信息通信領(lǐng)域，要優(yōu)先發(fā)展高速寬帶信息網(wǎng)、深亞微米集成電路、新型元器件、計算機(jī)及軟件技術(shù)、第三代移動通信技術(shù)、信息管理、信息安全技術(shù)，積極開拓以數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的新一代信息產(chǎn)品，發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)，培育新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。要大力推進(jìn)制造業(yè)信息化，積極開展計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）、計算機(jī)輔助工程（CAE）、計算機(jī)輔助工藝（CAPP）、計算機(jī)機(jī)輔助制造（CAM）、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）、制造資源計劃（MRPII）及企業(yè)資源管理（ERP）等。有條件的企業(yè)可開展“網(wǎng)絡(luò)制造”便于合作設(shè)計、合作制造，參與國內(nèi)和國際競爭。開展“數(shù)控化”工程和“數(shù)字化”工程。自動化儀表的技術(shù)發(fā)展趨勢的測試技術(shù)、控制技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)進(jìn)一步融合，形成測量、控制、通信與計算機(jī)（M3C）結(jié)構(gòu)。在ASIC和PLD設(shè)計方面，向超高速、高密度、低功耗、低電壓方面發(fā)展。外設(shè)技術(shù)與EDA工程相結(jié)合的市場前景看好，如組合超大屏幕的相關(guān)連接，多屏幕技術(shù)也有所發(fā)展。中國自1995年以來加速開發(fā)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，先后建立了幾所設(shè)計中心，推動系列設(shè)計活動以應(yīng)對亞太地區(qū)其它EDA市場的競爭。在EDA軟件開發(fā)方面，目前主要集中在美國。但各國也正在努力開發(fā)相應(yīng)的工具。日本、韓國都有ASIC設(shè)計工具，但不對外開放。中國華大集成電路設(shè)計中心，也提供IC設(shè)計軟件，但性能不是很強(qiáng)。相信在不久的將來會有更多更好的設(shè)計工具在各地開花并結(jié)果。據(jù)最新統(tǒng)計顯示，中國和印度正在成為電子設(shè)計自動化領(lǐng)域發(fā)展最快的兩個市場，年夏合增長率分別達(dá)到了50%和30%。EDA技術(shù)發(fā)展迅猛，完全可以用日新月異來描述。EDA技術(shù)的應(yīng)用廣泛，現(xiàn)在已涉及到各行各業(yè)。EDA水平不斷提高，設(shè)計工具趨于完美的地步。EDA市場日趨成熟，但我國的研發(fā)水平仍很有限，尚需迎頭趕上。總結(jié)：一個學(xué)期的EDA課程結(jié)束了，通過課程的學(xué)習(xí)我們初步了解了EDA技術(shù)的基礎(chǔ)知識和一些簡單的應(yīng)用，同時親手實(shí)現(xiàn)一個簡單的EDA小設(shè)計，這其中要特別感謝陳老師對我們孜孜不倦的教導(dǎo)。21世紀(jì)將是EDA技術(shù)的高速發(fā)展階段。隨著科技的進(jìn)步，電子產(chǎn)品的更新日新月異,EDA技術(shù)作為電子產(chǎn)品開發(fā)研制的源動力，已成為現(xiàn)代電子設(shè)計的核心，每年都有新的EDA工具問世。然而,EDA技術(shù)在我國尚未普及，應(yīng)用的水平長期落后于發(fā)達(dá)國家。因此,作為高等院校有關(guān)專業(yè)的學(xué)生和廣大的電子工程師了解和掌握這一先進(jìn)技術(shù)已勢在必行，這不僅是提高設(shè)計效率的需要，更是我國電子工業(yè)在市場上生存、競爭與發(fā)展的需求。掌握和普及這