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0 引言 21 世紀是信息的時代，各種電子技術都迅雷不及掩耳的速度更新發展，電腦、手機、DV 等已成為當代生活不可缺少的一部分，這些電子產品的功能日漸增多，性能越來越好，價格卻有減無增，探究其原因，集成電路制造技術的發展和電子設計技術的提高是兩大主流因素，集成電路制造技術以微細加工為主，電子設計技術以EDA 技術為核心。EDA 技術已成為當今電子技術發展的前沿之一，這是在各技術較先進的國家的共同努力下取得的成果，CPLD、FPGA 可編程邏輯器件的應用，無疑為電子設計帶來了極大的靈活性和適用性。 1 EDA 技術的概念與特征 1.1 概念 EDA 技術即是電子設計自動化技術，它由PLD 技術發展而來，可編程邏輯器件PLD 的應用與集成規模的擴大為數字系統的設計帶來了極大的方便和靈活性，變革了傳統的數字系統設計理念、過程、方法。通過對PLD 技術不斷地改進提高，EDA 技術應運而生。 EDA 技術就是基于大規�？删幊唐骷�，以計算機為工具，根據硬件描述語言HDL 完成表達，實現對邏輯的編譯化簡、分割、布局、優化等目標的一門新技術，借助EDA 技術，操作者可以通過利用軟件來實現對硬件功能的一個描述，之后利用FPGA/CPLD 才可得到最終設計結果。 1.2 特征 全新的設計方法：自頂向下 傳統的電子設計方法一般多是“自底向上”的，通俗來說就是在確定標準的通用的集成電路芯片之后，再行模塊設計，最終完成系統設計。這種設計長期以來存在著難以克服的缺陷，效率不高，容易出故障，所需元器件太多，消耗大……EDA 技術是對傳統電子設計方法的一種突破與變革，它的設計是“自頂向下”的，也即以系統設計為切入點，在設計之時就做好功能方框圖的劃分并完成各部分結構的規劃，在方框圖劃分階段完成仿真、糾錯工作，同時借助HDL 完成對高層次系統的邏輯描述，經驗證后，借助綜合的優化工具完成電子設計，借助EDA 技術，操作者可以通過利用軟件來實現對硬件功能的一個描述，之后利用FPGA/CPLD 才可得到最終設計結果。 這樣，我們可以發現，不論是仿真還是調試都是在初期在一個高層次上就完成了的，如此，既有助于及時發現結構設計上可能出現的錯誤，減少設計工作中的失誤，同時有效地提高了電子設計工作效率和成功率。 1.3 獨特的描述語言：硬件描述語言 EDA 技術以硬件描述語言HDL 為系統邏輯描述的主要表達方式，那么什么是硬件描述語言?它是相對于一般的計算機語言如C、Pascsl 來說的，多應用于設計硬件電子系統，也屬計算機語言，它描述電子系統的邏輯功能、電路功能和連接方式。ABEL-HDL 和VHDL 是現今應用比較廣泛的兩種硬件描述語言，后者較前者應用更多。 ABEL 可以支持各種方式的輸入，所謂的輸入方式就是指電路系統設計的表達方式，包括真值表、狀態圖。它的描述具有很強的獨立性，與此同時，從寬口徑到系統它都能完成描述，因而可以適應不同規模的編程設計，利用標準格式設計還 可以轉換設計環境，對比VHDL 來說，它的適用面要寬許多，使用操作靈活簡單，要求也要寬松，易于速成。 1.4 典型的設計：ASIC 現在電子產品更新極快，復雜度也在不斷提高，有時候一個看起來比較簡單電子系統它的組成也許是數萬的中小規模集成電路，這樣就使電子系統經常遭遇耗能高、可靠性低等問題的挑戰。ASIC 芯片是對此問題進行改善的一個有效途徑。 它包涵了FPGA 和CPLD 器件，FPGA/CPLD 是實現EDA 的基礎，也是EDA 思想的最終表述手段，屬于高密度的可編程邏輯器件，一般像樣品的研制或者是批量不大的產品開發它們都能適用，并且極大的縮短設計周期，削減開銷，避免風險，使產品能夠盡快上市。 FPGA 和CPLD 的結構有所不同，前者是標準的門陣列，而后者是與或陣列，但是二者的集成度及易用性都頗為相似，因而可以并駕齊驅。當然二者也有各自的特點，其差異表現在以下幾個方面： (1)顆粒粗細不同。與CPLD 相比，FPGA 的顆粒相對細一些，它的一個顆粒只是邏輯宏單元，而CPLD 的則是邏輯宏塊。 (2)適用結構不同。FPGA 更適合應用于觸發器相對豐富的結構之中，CPLD 比較適合應用于觸發器有限但是積項特別豐富的結構之中。 (3)編程方式不同。FPGA 在邏輯門下就可以實現編程，多采用改變內部布線的方式，具備很強的靈活性。GPLD 只有在邏輯快下才可實現變成，多采用修改已經固定了的內連電路的邏輯功能的方式，速度更快。 (4)功能消耗不同。FPGA 消耗小，CPLD 消耗比較而言大一些。 2 EDA技術在電子設計中的應用 EDA 技術屬于一種層次比較高的電子設計方式，也可以稱作系統級設計方法，它以概念來驅動，電子設計工作者并不需要利用門級原理圖，只是針對確定了的設計目標就可以實現對電路的描述，這樣一來，就少了電路細節的約束和限制，使設計可以更多的放開從而更具創造性，待設計人員有了概念構思之后，再講高層次描述輸入到計算機中去，EDA 系統在規則驅動下就會自動完成整個電子的設計。如此，新的概念就可以在段時間中就成為產品，基于EDA 技術的電子設計流程如圖1 所示： 可以看到電子EDA 技術設計的工作流程包括：系統劃分、VHDL 代碼或圖形的輸入、代碼級功能仿真、送配前時序仿真、編程下載、ASIC 實現。電子設計的第一步是借助文本或者是圖形編輯工具將設計呈現出來，即實現設計描述。第二步是借助編譯器實施錯排編譯，也即HDL 程序輸入，至于選擇那種輸入形式并不一定，一般設計的原理圖比較直觀，所以不難掌握，也不難被接受，并且編輯器中可供利用的單元器件非常多，這時候就給設計者提供了根據自己需要選擇表達的方式的機會，倘使是編譯文件是VHDL 文件，那么在進行綜合之前還要進行的一項重要工作就是仿真，就是把設計原程序送入VHDL仿真器之中，這個仿真過程可以有助于及時發現結構設計上可能出現的錯誤。第三步就是綜合，溝通軟件和硬件設計，待綜合后，就可以生成網表，針對網表，可以實施功能仿真，從而保證設計描述嚴格遵循并符合設計意圖，仿真功能實際上只是從邏輯功能上對電子設計進行檢測，并不涉及器件的一些硬件方面的特性，例如典型的有延遲特性，一些不甚嚴格的設計，這一層仿真通常可以省去。最后一步是編程下載，通過仿真確定設計正確無誤后，利用FPGA/CPLD 來完成邏輯映射操作，適配，最后利用JTAG 編程器或者其它下載設計項目到目標器件PFGA 之中，完成系統級設計。 3 基于EDA 技術的電子設計應注意的事項 第一，考慮到電子電路延時的時間具備不確定性，和部分自動編譯可能會為冗余的電路所簡化兩個因素，將EDA 技術應用于電子設計中時，不宜采用偶數個數的反向器，并以并聯的方式將它們連接以構成“延時電路”;第二，輸入引腳不能置于懸空狀態，一者要有有源信號來驅動，再者一些不用的引腳必須時刻保持接地;第三，要切實保證各大器件的電源和地線引腳是始終連接著的，且它們之間有必要進行濾波及去耦;第四，為了使設計擴展及修改更容易更方便進行，在使用器件的過程中，不管是邏輯單元還是引腳都要有一個多余的量;第五，環境問題也應警惕，盡可能避免器件過熱。 總之，EDA 技術是對傳統電子設計技術的一種突破與創新，如果失去了EDA 技術的支持，是不可能順利完成出大規模集成電路設計制造的，反過來思考，現代集成電路技術發展需求對EDA 技術提出了更高的要求，可以預見，在不久的將來，EDA 技術定會成為電子設計中的主導力量。 |
