随着我国电子技术的飞速发展, 各类电子产品的更新步伐在逐步加快, 因而电子系统的设计方法也随之发生改变。数字电路设计中EDA技术的应用, 不仅可以提高产品设计过程中的灵活性, 还可以缩短产品从研发到上市的时间。现阶段的设计人员只需一台电脑, 一套EDA开发工具, 一块可编程逻辑器件芯片, 就能实现所需的电路, 从而不仅了节约产品开发的时间, 还节省了产品开发的成本。因此, 基于EDA技术的设计形式已经成为数字电路设计的主要方法和手段。
一、EDA技术的含义
EDA技术是一门发展极为迅速的技术, 以计算机和系统软件为基本工作平台, 采用大规模可编程逻辑器件为硬件实现载体, 通过硬件描述语言描述电路与系统的行为或结构, EDA设计工具会将这些描述自动生成与工艺无关的硬件配置文件。因而, 设计人员只需在计算机上借助EDA软件, 就能完成数字电路系统从设计、编译、仿真到优化的全过程, 而后在可编程逻辑器件芯片中加载不同的配置文件就能形成各种所需的电子系统或专用集成芯片。
二、EDA技术设计的基本特点
(1) EDA的技术首先从整个系统设计入手, 即采用了“自顶向下”的设计方法, 在顶层进行功能划分和结构设计。在系统方框图一级进行仿真、调试, 并用硬件描述语言对整个硬件系统的行为进行描述。在系统一级进行功能验证。然后, 用综合优化工具生成具体硬件电路的网络表, 其对应的物理实现级可以是印刷电路板。由于系统主要仿真工作和调试过程是在系统级完成的, 这样有利于在系统设计的早期发现错误, 不仅减少了系统仿真、硬件调试过程中的工作量, 又提高了电路设计的效率和成功率。
(2) EDA技术使用硬件描述语言进行电路与系统的设计, 与传统的原理图输入设计方法相比, 硬件描述语言更适合大规模系统的设计。它的突出优点是:宽范围描述能力;功独立于器件的设计与工艺无关;具有很强的可移植性;易于共享与复用。
(3) 大规模可编程逻辑器件ASIC (CPLD/FPGA) 的出现使得设计人员完成设计后, 只须对其进行编程就能实现所需的功能。而此前的掩模ASIC芯片设计好后都必须到专门的IC厂家制造才能完成。因此采用可编程逻辑器件, 设计人员在实验室中就可以设计并烧制芯片, 且可反复编程、修改, 而无须厂家的参与, 这样极大的方便了样品研发或小规模的生产。
(4) EDA系统框架结构是一套配置和使用EDA软件包的规范, 这些框架结构都遵守国际CFI组织制定的统一技术标准。任何一个EDA系统只要建立一个符合技术标准的框架结构, 就能与其他厂商研发的EDA工具相互兼容, 一起进行工作, 这样就可以最大程度上实现资源的交流和共享。
三、EDA技术设计的优势
随着计算机技术的发展, 电子设计技术也发生了巨大变化。与传统的设计模式相比, EDA技术的应用可以突显以下几点优势。
(1) 可以实现电子产品设计自动化, 其基本的形式是以计算机硬件和EDA软件为工作平台完成电路的设计、综合、仿真直至PCB的自动设计。
(2) 由硬件描述语言表达的设计到最终的硬件系统物理实现之间的转换是由EDA软件自动完成的, 从而降低了对设计人员硬件知识和硬件经验的要求。
(3) 由于EDA技术采用大规模可编程逻辑器件, 通过设计芯片来实现硬件系统的逻辑功能, 而且由于硬件描述语言能灵活的定义和修改管脚, 极大减轻了电路图和电路板设计的工作量, 也减少了所需芯片的种类和数量。这样不仅提高了设计的自由性, 同时缩短了产品开发的时间和周期, 从根本意义上降低了开发成本。
(4) EDA技术可以实现系统的现场编程、在线升级, 为产品的更新换代提供更大的便利。
四、数字电路EDA设计的基本步骤
在现阶段数字电路的EDA设计中过程可分为以下几个步骤, 设计流程如下图所示:
(1) 从系统设计入手, 整个设计过程中采用“自顶向下”的设计模式进行功能划分和结构设计。
(2) 设计输入, 主要分为VHDL代码输入以及原图形输入两种方式。
(3) 对输入的VHDL代码或原理图, 依据给定的硬件结构和约束条件进行编译、综合、仿真和验证, 以获得门级电路甚至更底层的电路描述网表文件, 并将该网表文件配置于指定的目标器件中, 使之产生最终的下载文件。
(4) 再对VHDL代码或原理图描述的逻辑功能进行时序仿真与功能仿真, 待验证之后, 再进行目标芯片的载入及硬件测试。
五、结束语
运用EDA技术进行数字电路设计是一种行之有效的方法。设计人员无需进行复杂的原理图设计, 而是对目标电路进行行为描述。因而设计人员可以把精力集中在方案的构思上, 用硬件描述语言将这些构思输入计算机, EDA软件就能完成整个设计过程。
摘要：数字电路系统设计中引入EDA技术后实现了电子设计自动化, 使得设计人员只需使用硬件描述语言和EDA工具就能实现系统硬件功能, 从而使得数字电路的逻辑设计变得简捷、高效。
关键词：EDA技术,基本特点,发展优势,设计步骤
参考文献
[1] 潘松, 黄继业.EDA技术实用教程 (第三版) [M].科学出版社, 2006.
[2] 赵全利, 秦春斌.EDA技术及应用教程[M].机械工业出版社, 2009.
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