EDA技术及其应用

第9卷第5期软件导刊Vol 9 No52010年5月Software GuiEDA技术及其应用宋春雷(江苏自动化研究所计算机事业部,江苏连云港22006)摘要:首先阐了EDA技术的基本概念和发展过程,然后从几个不同的方面介绍EDA的基本特征,最后着重分析EDA技术在设计过程中两个不同层次上的工作流程,即电路级设计和系純级设计,引入了一种自顶向下的高层次电子设计方法。关键词:EDA;电子;技术;系统;设计中图分类号:TP31文献标识码:A文章编号:1672-7800(2010)05-0045-02产品开发1EDA技术的基本特征半定制ASC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,其主要目的就是简EDA代表了现代电子设计技术最先进的发展方向,它的化设计,以牺牲芯片性能为代价来缩短开发时间。基本特征是:设计人员按照“自顶向下”的设计方法对整个电可编程逻辑芯片与上述掩膜ASC的不同之处在于:设计子系统进行方案设计和功能划分,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,缩短了开发周期。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可编程逻辑器件自上世纪70年代以来,经历了PAL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GAL CPLD、FGA几个发展阶段,其中CPLD/FPGA属高密度绍与EDA基本特征有关的几个概念可编程逻辑器件,目前集成度已高达200万门/片,它将掩膜11“自顶向下”的设计方法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高层次的电子设计给我们提供了一种“自顶向下”(TP结合在一起,很适合样品研制或小批量产品开发使产品能尽Down)的设计方法,这种设汁方法首先从系统设计人手,在顶快上市。而当市场扩大时,它又可以很容易地转由掩膜ASC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实现,因此也降低了开发风险。真、纠错。并用硬件描述语言对高层次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上述ASC芯片,尤其是CPLD/FGA器件,已成为现代高层次电子设计方法的实现载体。网表,其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路13硬件描述语言(ASIC)。设计者仅需利用软件的方式,即利用硬件描述语言和硬件描述语言(HDL- Hardware Description Language)是一EDA软件来完成对系统硬件功能的实现。12ASIC芯片技术种用于电子系统硬件设计的计算机语言,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,与传统的随着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,同时也带来了体积大、功耗门级描述方式相比,它更适合大规模电子系统的设计。硬件描述语言可以在3个层次上进行电路描述,其层次由高到低分为大、可靠性差的问题解决这一问题的有效方法之一就是采用ASC芯片进行设计。ASC芯片按照设计方法的不同可以分行为级、R级和门电路级。常用硬件描述语言有 WDL verily为:全定制ASIC,半定制ASIC,可编程ASC(也称为可编程逻和ⅤHDL语言等。辑器件)。2EDA技术的设计方法设计全定制ASC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,最后再将设计结果交由IC厂家掩21中国煤化工膜制造完成。优点是:芯片可以获得面积利用率高、速度快、功CNMHG电子工程师接受系统设耗低等最优性能。缺点是:开发周期长费用高只适合大批量计任H刀乘,问时安选择能实现该方案的合适作者简介:宋春雷(1982-),男,江苏涟水人,江苏自动化研究所计算机事业部助理工程师研究方向为抗恶劣环境加圃计算机。46软件导刊2010年元器件,然后根据所选元器件设计原理图。接着进行第一次仿生成门级描述的网表这是将高层次描述转化为硬件电路的关真,包括数字电路的逻辑模拟、故障分析、模拟电路的交直流分键步骤。综合优化是针对ASIC芯片供应商的某一产品系列进析和瞬态分析。系统在进行仿真时,必须要有元件模型库的支行的,需要在相应的厂家综合库支持下才能完成综合后,可利持,计算杋上模拟的输入输出波形代替了实际电路调试中的信用产生的网表文件进行适配前的时序仿真仿真过程不涉及具号源和示波器。这一次仿真主要是检验设计方案在功能方面的体器件的硬件特性较为粗略。正确性。仿真通过后,根据原理图产生的网络表进行PCB板的第五步:利用适配器将综合后的网表文件针对某一具体的自动布局布线。在制作PCB板之前还可以进行后分析,包括热目标器件进行逻辑映射操作,包括底层器件配置逻辑分割、逻分析、噪声及串扰分析、电磁兼容分析和可靠性分析等,并且可辑优化和布局布线以将分析后的结果参数反馈回原理图,进行第二次仿真,也称第六步:将适配器产生的器件编程文件通过编程器或下载电为后仿真,后仿真主要是检验PCB板在实际工作环境中的可缆载入到目标芯片FPGA或CPD中。如果是大批量产品开发,行性通过更换相应的厂家综合库,可以很容易转由ASC形式实现可见,EDA技术在电路级设计方面的应用使电子工程师系统划分在实际的电子系统产生之前,就可以全面了解系统的功能特性vHDL或图形方式输入和物理特性,从而将开发过程中出现的缺陷消灭在设计阶段既缩短了开发时间,也降低了开发成本。编译器系统设计代码级功能伤真元件符号库原理图设计「家综合库综合器元件糗型库系统仿真适配前时序伤真自动布布线PCB后分折适配后仿真模型器件编程文件制作PCB制什PCB适配后时序仿真图2系统级设计工作流程图1电路级设计工作流程3结束语22系统级设计系统级设计工作流程如图2所示。系统级设计是一种“概21世纪是EDA技术的高速发展时期,EDA技术是现代电念驱动式”设计设计人员无须通过门级原理图描述电路,而是子系统设计技术的重要发展方向之一。随着集成电路技术的高针对设计目标进行功能描述。由于摆脱了电路细节的束缚,设速发腰数字系统正朝着更高集成度、超微型化高性能高可计人员可以把精力集中于创造性概念构思与方案上,一且这些靠性和低功耗的系统级芯片(SoC, System on Chip)方向发展,概念构思以高层次描述的形式输入计算机后,EDA系统就能借助于硬件描述语言的国际标准VHDL和强大的EDA工具以规则驱动的方式自动完成整个设计。可减少设计风险并编短周期,随着VHDL语言使用范围的日系统级设计的步骤如下益扩大,必将给硬件设计领域带来巨大的变革。第一步:按照“自顶向下"的设计方法进行系统划分。参考文獻:第二步:输入VHDL代码,这是系统级设计中最为普遍的输入方式。此外,还可以采用图形输入方式(框图状态图等),[1]谭会生张昌凡EDA技术及应用[M]西安:西电子科技大季这种输入方式具有直观、容易理解的优点。出版社,200l第三步:将以上的设计输入编译成标准的VHDL文件。对[2】 ALTERA公司 DATA BOC0K[M]北京:清华大学出版社,199于大型设计,还要进行代码级的功能仿真,主要是检验系统功[3] ALTERA公司ADHL语言[M]北京:清华大学出版社,1998能设计的正确性,因为对于大型设计,综合、适配要花费数小[4]刘宝琴 ALTERA可编程逻器件及其应用[M]北京:清华大学出版杜,1995时,在综合前对源代码仿真就可以大大减少设计重复的次数[5]宋万杰,罗率,昊顺君CPLD技术及应用[M]西安:西安电子科和时间,一般情况下,可略去这一仿真步骤技大学出版社,1999第四步:利用综合器对ⅤHDL源代码进行综合优化处理,中国煤化工(贵任城样:*光)CNMHG