1、 电子设计自动化电子设计自动化（EDA， Electronic Design Automation）是是指指 利用计算机完成电子系统的设计。利用计算机完成电子系统的设计。 EDA技术是以计算机和微电子技术为先导先导， 汇集了计算机图形学、 拓扑、 逻辑学、 微电子工艺与结构学和计算数学等多种计算机应用学科多种计算机应用学科最新成果的先进技术。 EDA技术以计算机为工具工具， 代替人完成代替人完成数字系统的逻辑综合、 布局布线和设计仿真等工作工作。 根据电子设计技术的发展特征，根据电子设计技术的发展特征， EDA技术发展大致分为三个技术发展大致分为三个阶段阶段:1. CAD1. CAD阶段阶段（
2、20世纪60年代中期20世纪80年代初期） 第一阶段的特点特点是一些单独的工具软件， 主要有PCB（Printed Circuit Board）布线设计、 电路模拟、 逻辑模拟及版图的绘制等， 通过计算机的使用， 从而将设计人员从大量繁琐重复的计算和绘图工作中解脱出来。 例如， 目前常用的Protel早期版本Tango， 以及用于电路模拟的SPICE软件和后来产品化的IC版图编辑与设计规则检查系统等软件， 都是这个阶段的产品。 这个时期的EDA一般称为CAD（Computer Aided Design）。 2. CAE2. CAE阶段阶段（20世纪80年代初期20世纪90年代初期） 这个阶段在
3、集成电路与电子设计方法学以及设计工具集成化方面取得了许多成果。 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、 版图自动布局以及各种单元库已齐全。 由于采用了统一数据管理技术， 因而能够将各个工具集成为一个CAE（Computer Aided Engineering）系统。 按照设计方法学制定的设计流程， 可以实现从设计输入到版实现从设计输入到版图输出的全程图输出的全程设计自动化。设计自动化。 3. EDA3. EDA阶段阶段（20世纪90年代以来） 20世纪90年代以来， 微电子技术以惊人的速度发展， 其工艺水平达到深亚微米级， 在一个芯片上可集成数百万乃至上千万只晶
4、体管， 工作速度可达到GHz， 这为制造出规模更大， 速度更快和信息容量很大的芯片系统提供了条件， 但同时也对EDA系统提出了更高的要求，并促进了EDA技术的发展。此阶段主要此阶段主要出现了以高级语言描述、出现了以高级语言描述、 系统仿真和综合技术为特征的第三代系统仿真和综合技术为特征的第三代EDA技术，技术， 不仅极大地提高了系统的设计效率， 而且使设计人员摆脱了大量的辅助性及基础性工作， 将精力集中于创造性的方案与概念的构思上。 EDA(Electronic Design Automation)技术在进入技术在进入21世纪后，世纪后，得到了更大的发展，突出表现在以下九个方面：得到了更大的发
5、展，突出表现在以下九个方面：u使使电子设计成果电子设计成果以以自主知识产权自主知识产权的方式得以明确表的方式得以明确表达和确认成为可能；达和确认成为可能；u在仿真和设计两方面在仿真和设计两方面支持标准硬件描述语言的功能支持标准硬件描述语言的功能强大的强大的EDAEDA软件软件不断推出。不断推出。u电子技术全方位进入电子技术全方位进入EDAEDA领域领域；uEDAEDA使得电子领域各使得电子领域各学科的界限更加模糊学科的界限更加模糊，更加互为，更加互为包容；包容；u更大规模的更大规模的FPGAFPGA和和CPLDCPLD器件的不断推出器件的不断推出；u基于基于EDAEDA工具的工具的ASICAS
6、IC设计标准单元设计标准单元已涵盖大规模已涵盖大规模电子系统及电子系统及IPIP核模块；核模块；u软硬件软硬件IPIP核核在电子行业的产业领域、技术领域和设在电子行业的产业领域、技术领域和设计应用领域得到进一步确认；计应用领域得到进一步确认；uSoCSoC高效低成本设计技术的成熟。高效低成本设计技术的成熟。u系统级系统级、行为验证级硬件描述语言行为验证级硬件描述语言( (如如System C)System C)的的出现出现, ,使复杂电子系统的设计和验证趋于简单。使复杂电子系统的设计和验证趋于简单。SOCSOC： SYSTEM ON A CHIPSYSTEM ON A CHIPSOPCSOPC
7、： SYSTEM ON A PROGAMMABLE CHIPSYSTEM ON A PROGAMMABLE CHIPCSOCCSOC： CONFIGURABLE SYSTEM ON A CHIPCONFIGURABLE SYSTEM ON A CHIP EDAEDA厂商的分类：厂商的分类： 全球EDA厂商有近百家之多， 大体可分两类： 一类是一类是EDA专业软件公司专业软件公司， 较著名的有Mentor Graphics、 Cadence Design Systems、 Synopsys、 Viewlogic Systems和Protel等； 另一类是另一类是半导体器件厂商半导体器件厂商， 为
8、了销售他们的产品而开发EDA工具， 较著名的公司有Altera、 Xilinx、 AMD、 TI和Lattice等。 EDA专业软件公司专业软件公司独立于半导体器件厂商独立于半导体器件厂商， 推出的EDA系统具有较好的标准化和兼容性， 也比较注意追求技术上的先进性， 适合于搞学术性基础研究的单位使用适合于搞学术性基础研究的单位使用。半导体厂商开发的半导体厂商开发的EDA工具工具， 能针对自己器件的工艺特点作出优化设计， 提高资源利用率， 降低功耗， 改善性能， 比较适合于产品开发单位使用比较适合于产品开发单位使用。 在EDA技术发展策略上， EDA专业软件公司面向应用， 提供IP模块和相应的设
9、计服务； 而半导体厂商则采取三位一体的战略，在器件生产、 设计服务和IP模块的提供上下工夫。 EDAEDA技术技术ASICASIC设计设计FPGA/CPLDFPGA/CPLD可编程可编程ASICASIC 设计设计 门阵列门阵列（MPGAMPGA）；）；标准单元标准单元（CBICCBIC）；）； 全定制；全定制；（FCICFCIC）；）； ASICASIC设计设计SOPC/SOC混合混合ASICASIC设计设计1.2 EDA技术实现目标技术实现目标作为作为EDA技术最终实现目标的技术最终实现目标的ASIC，通过三种途径来完成：，通过三种途径来完成：1. 超大规模可编程逻辑器件超大规模可编程逻辑器
10、件-FPGA和和CPLD2. 半定制或全定制半定制或全定制ASIC-淹模淹模ASIC 可分为门阵列可分为门阵列ASIC、标准单元、标准单元ASIC 、全定制、全定制ASIC3. 混合混合ASIC-既具有面向用户的既具有面向用户的FPGA可编程功能和逻辑单元，同时含有可编程功能和逻辑单元，同时含有方便调用和配置的硬件标准单元模块，方便调用和配置的硬件标准单元模块，如如CPU、RAM、ROM、硬件加法器、乘法器、锁相环等。、硬件加法器、乘法器、锁相环等。1.3 硬件描述语言硬件描述语言VHDL 硬件描述语言硬件描述语言(HDL),是EDA技术的重要组成部分，常见的HDL 有：VHDL、Verilo
11、g HDL、 System Verilog 、System Verilog 。 其中VHDL和Verilog 使用最多，VHDL是电子设计主流硬件的描述语言之一。 VHDL语言语言（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language),具有很强的电路描述和建模能力，能从多个层次对数字系统进行建模和描述，从而大大简化了硬件设计任务，提高了设计效率和可靠性。 用用VHDL进行电子系统设计的一个很大的优点是进行电子系统设计的一个很大的优点是:设设计者可以专心致力于其功能的实现，而不需要对不影响计者可以专心致力于其功能的实现
12、，而不需要对不影响功能的与工艺有关的因素花费过多的时间和精力。功能的与工艺有关的因素花费过多的时间和精力。 1.4 VHDL1.4 VHDL综合综合 设计过程中的每一步都可称为一个综合环节。设计过程中的每一步都可称为一个综合环节。 (1)(1) 从自然语言转换到从自然语言转换到VHDLVHDL语言算法表示，即语言算法表示，即自然语言综合自然语言综合； (2)(2)从算法表示转换到寄存器传输级从算法表示转换到寄存器传输级(Register Transport (Register Transport LevelLevel，RTL)RTL)，即从行为域到结构域的综合，即，即从行为域到结构域的综合，即
13、行为综合行为综合； (3)(3) RTL RTL级表示转换到逻辑门级表示转换到逻辑门( (包括触发器包括触发器) )的表示，即的表示，即逻辑综逻辑综合；合； (4)(4) 从逻辑门表示转换到版图表示从逻辑门表示转换到版图表示(ASIC(ASIC设计设计) )，或转换到，或转换到FPGAFPGA的配置网表文件，可称为的配置网表文件，可称为版图综合或结构综合版图综合或结构综合。有了版图信息。有了版图信息就可以把芯片生产出来了。有了对应的配置文件，就可以使对就可以把芯片生产出来了。有了对应的配置文件，就可以使对应的应的FPGAFPGA变成具有专门功能的电路器件。变成具有专门功能的电路器件。C、ASM
14、.程序程序CPUCPU指令指令/ /数据代码：数据代码：010010 100010 1100010010 100010 1100软件程序编译器软件程序编译器 COMPILER编译器和综合功能比较编译器和综合功能比较VHDL/VERILOG.程序程序 硬件描述语言硬件描述语言 综合器综合器 SYNTHESIZERSYNTHESIZER为为ASICASIC设计提供的设计提供的 电路网表文件电路网表文件（a）软件语言设计目标流程（b）硬件语言设计目标流程VHDL综合器运行流程综合器运行流程 1.5 1.5 基于基于VHDLVHDL的自顶向下设计方法的自顶向下设计方法自顶向下的设计流程自顶向下的设计流
15、程:1设计说明书2建立VHDL行为模型3VHDL行为仿真4VHDL-RTL级建模5前端功能仿真6逻辑综合7测试向量生成8功能仿真9结构综合10门级时序仿真11硬件测试12设计完成1.6 EDA1.6 EDA与传统电子设计方法的比较与传统电子设计方法的比较手工设计方法的缺点是：手工设计方法的缺点是： 1)1)复杂电路的复杂电路的设计、调试十分设计、调试十分困难困难。 2)2)如果某一过程存在错误，如果某一过程存在错误，查查找和修改找和修改十分十分不便不便。 3)3)设计过程中产生大量设计过程中产生大量文档文档，不易管理不易管理。 4)4)对于集成电路设计而言，设对于集成电路设计而言，设计实现过程
16、与具体生产工艺直计实现过程与具体生产工艺直接相关，因此接相关，因此可移植性差可移植性差。 5)5)只有只有在设计出在设计出样机或样机或生产出生产出芯片芯片后后才能才能进行进行实测实测。EDA技术有很大不同：技术有很大不同： 1)1)采用采用硬件描述语言硬件描述语言作为设计输入。作为设计输入。 2)2)库库(Library)(Library)的引入。的引入。 3)3)设计设计文档易管理文档易管理。 4)4)强大的系统强大的系统建模、电路仿真功能建模、电路仿真功能。 5)5)具有具有自主知识产权自主知识产权。 6)6)开发技术开发技术的标准化、规范化以及的标准化、规范化以及IPIP核的核的可利用性
17、可利用性。 7)7)适用于高效率大规模系统设计的适用于高效率大规模系统设计的自顶向自顶向下设计方案下设计方案。 8)8)全方位地利用计算机自全方位地利用计算机自动设计、仿真和动设计、仿真和测试技术测试技术。 9)9)对设计者的硬对设计者的硬件知识和硬件经验要求低件知识和硬件经验要求低。10)10)高速高速性能好性能好。11)11)纯硬件系统的纯硬件系统的高可靠性高可靠性。1.7 EDA1.7 EDA的发展趋势的发展趋势 系统集成芯片成为IC设计的发展方向，这一发展趋势表现在如下几个方面： 超大规模集成电路的集成度和工艺水平不断提高，深亚微超大规模集成电路的集成度和工艺水平不断提高，深亚微米米(
18、 (Deep-SubmicronDeep-Submicron) )工艺，如工艺，如0.18m0.18m，0.13m0.13m已经走向成熟，已经走向成熟，在一个芯片上完成的系统级的集成在一个芯片上完成的系统级的集成已成为可能。已成为可能。 市场对电子产品提出了更高的要求，如必须降低电子系统市场对电子产品提出了更高的要求，如必须降低电子系统的成本，减小系统的体积等，从而对的成本，减小系统的体积等，从而对系统的集成度不断提出更系统的集成度不断提出更高的要求。高的要求。 高性能的高性能的EDAEDA工具得到长足的发展，其自动化和智能化程度工具得到长足的发展，其自动化和智能化程度不断提高，为不断提高，为嵌入式系统设计嵌入式系统设计提供了功能强大的开发环境。提供了功能强大的开发环境。 计算机硬件平台性能大幅度提高，为计算机硬件平台性能大幅度提高，为复杂的复杂的SoCSoC设计提供了设计提供了物理基础。物理基础。作作 业业P14 1-2,1-3,1-4
