EDA技术的未来发展及应用课程综述.docx

课程综述EDA技术的发展及应用趋势课程名称在系统编程技术任课教师班级姓名学号日期2012年5月20日前言：EDA技术发展以及EDA技术的应用和发展趋势正文：一. EDA技术的概念EDA 的全称为 Electronic Design Automation, EDA 技术依靠功能 强大的电子计算机，在EDA工具软件平台上，对以硬件描述语言 HDL (Hardware Description Language)为系统逻辑描述手段完成 的设计文件，自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、仿真, 直至下载到可编程逻辑器件CPLD/FPGA或专用集成电路ASIC(Application Specific Integrated Circuit)芯片中，实现既定的电子 电路设计功能二. EDA技术发展的三个阶段EDA是在20世纪90年代初从计算机辅助设计(CAD)、计算机 辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT )和计算机辅助工程(CAE) 的概念发展而来的一般把EDA技术的发展分为CAD、CAE和EDA 三个阶段MOS工艺 CAD概念纪8年代CMOS时代 出现FPGA , -世纪，川年应:ASIC设计技术'EDA技术4—* 4，2.1 CAD阶段早期的电子系统硬件设计采用的是分立元件，随着集成电路的出 现和应用，硬件设计进入到发展的初级阶段。

初级阶段的硬件设计大 量选用中小规模标准集成电路，人们将这些器件焊接在电路板上，做 成初级电子系统，对电子系统的调试是在组装好的PCB(Printed Circuit Board)板上进行的由于设计师对图形符号使用数量增加， 传统的手工布图方法无法满足产品复杂性的要求，更不能满足工作效 率的要求这时，人们开始将产品设计过程中高度重复性的繁杂劳动, 如布图布线工作，用二维图形编辑与分析的CADI具替代，最具代 表性的产品就是美国ACCEL公司开发的Tango布线软件20世纪 70年代，是EDA技术发展初期，由于PCB布图布线工具受到计算 机工作平台的制约，其支持的设计工作有限且性能比较差2.2 CAE阶段随着微电子工艺的发展，相继出现了集成上万只晶体管的微处理 器、集成几十万直到上百万储存单元的随机存储器和只读存储器此 外，支持定制单元电路设计的硅编辑、掩膜编程的门阵列，如标准单 元的半定制设计方法以及可编程逻辑器件(PAL和GAL)等一系列微 结构和微电子学的研究成果都为电子系统的设计提供了新天地因 此，可以用少数几种通用的标准芯片实现电子系统的设计伴随计算机和集成电路的发展，EDA技术进入到计算机辅助工程设 计阶段。

20世纪80年代初，推出的EDA工具则以逻辑模拟、定时 分析、故障仿真、自动布局和布线为核心，重点解决电路设计没有完 成之前的功能检测等问题利用这些工具，设计师能在产品制作之前 预知产品的功能与性能，能生成产品制造文件，在设计阶段对产品性 能的分析前进了一大步CAD工具代替了设计工作中绘图的重复劳动CAE工具则代替了设计师的部分工作此时EDA工具已经可以进行设计描述、综合与优化和设计结果验证 大部分从原理图出发的EDA工具仍然不能适应复杂，电子系统的设 计要求，而具体化的元件图形制约着优化设计2.3 EDA阶段20世纪90年代以来，微电子工艺有了惊人的发展，工艺水平已 经达到了深亚微米级，在一个芯片上已经可以集成上百万乃至上亿只 晶体管，芯片速度达到了吉比特/秒量级，微电子技术的进步是现代 数字电子技术发展的基础o百万门以上的可编程逻辑器件随即陆续面 世，这样就对电子设计的工具提出了更高的要求，为EDA技术的形 成提供了广阔的发展空间可编程逻辑器件的发展，使得微电子厂家可以为用户提供各种 规模的可编程逻辑器件，使设计者通过设计芯片实现电子系统功能 满足千差万别的系统用户提出的设计要求，即由用户自己设计芯片， 让他们把想设计的电路直接设计在自己的专用芯片上。

微电子技术的发展，特别是EDA工具的发展，又为设计师提供 了全线EDA工具设计师可以在不太长的时间内使用EDA工具，通过一些简单标准化的设计过程,利用微电子厂家提供的设计库来完 成数万门ASIC和集成系统的设计与验证从20世纪90年代，设计师逐步从使用硬件转向设计硬件，从单个 电子产品开发转向系统级电子产品开发，即片上系统集成SOC(System on a chip)此时的EDA工具是以系统机设计为核心，包括系统行为级描述 与结构综合，系统仿真与测试验证，系统划分与指标分配，系统决策 与文件生成等一整套的电子系统设计自动化工具这时的EDA工具不仅具有电子系统设计的能力，而且能提供 独立于工艺和厂家的系统级设计能力，具有高级抽象的设计构思手 段例如，提供方框图、状态图和流程图的编辑能力，具有适合层次 描述和混合信号描述的硬件描述语言(如VHDL、AHDL或 Verilog-HDL),同时含有各种工艺的标准元件库特别重要的是世界 各EDA公司致力推出兼容各种硬件实现方案和支持标准硬件描述语 言的EDA工具软件，都有效地将EDA技术推向成熟今天，EDA技术已经成为电子设计的重要工具，无论是设计 芯片还是设计系统，如果没有EDA工具的支持都将是难以完 成的。

EDA技术使得电子电路设计者的工作仅限于利用硬件 描述语言和EDA软件平台来完成对系统硬件功能的实现，极 大地提高了设计效率，减少设计周期，节省设计成本已经 成为现代电路设计师的重要武器，正在起作越来越重要的作 用三. EDA技术的优势可以在电子设计的各个阶段、各个层次进行计算机模拟验证有各类库的支持某些HDL语言也是文档型的语言（如VHDL）日益强大的逻辑设计仿真测试技术设计者拥有完全的自主权，再无受制于人之虞良好的可移植与可测试性，为系统开发提供了可靠的保证能将所有设计环节纳入统一的自顶向下的设计方案中自动设计能力、不同内容的仿真模拟、完整的测试四. EDA的发展趋势4.1在一个芯片上完成的系统级的集成已成为可能可编程逻辑器件开始进入传统的ASIC市场EDA工具和IP核应用更为广泛高性能的EDA工具得到长足的发展计算机硬件平台性能大幅度提高，为复杂的SoC设计提供了物理基 础4.2 EDA技术的应用趋势♦汽车电子行业发展趋势当今的汽车就象“跑在轮子上的计算机”，发动机仓和轿箱内出 现了大量的数字系统在每一新车型开发中，车辆制造商采用非常复 杂的电子系统来实现车辆安全、远程通信和信息娱乐功能。

这些复杂 系统的成本在不断攀升在车辆总成本中，汽车电子系统占有22%,预计这一数字将达到40%汽车电子行业发展趋势♦辅助驾驶夜视道路偏离报警 自动巡航控制 碰撞报警辅助停车/倒车 胎压监控平视智能显示动力系和安全系统发动机管理电子悬挂系统线传操控制动系统动力转向安全气囊变速箱汽车电子行业发展趋势♦舒适设备和车辆控制仪表板/组合仪表盘照明/座椅空调控制语音识别远程无钥进入安全报警系统雨刷/车窗控制♦信息娱乐和通信远程通信导航/GPS多媒体系统音响系统后座娱乐游戏控制台选台(SDR)♦工业应用使用FPGA作为协处理器或者芯片系统(SoC)解决方案，可提高工业 应用的灵活性FPGA相比其他方案拥有很多设计优势：★可重新编程能力，甚至是在现场，也能够适应功能和协议的变化★高度集成，内置硬核和软核知识产权(IP)模块、嵌入式处理器、收发器、丰富的存储器资源以及其他功能等★由通用的高效能设计环境提供支持★功能安全：对于多种工业自动化应用而言，安全问题越来越重要★ I/O汇集器：支持PCI Express®的处理器与基于FPGA的I/O汇 集器相连，或者连接辅助器件，这对于很多嵌入式工业应用而言是非 常理想的选择。

★工业网络:工厂从串行现场总线通信协议标准发展到以太网系统, 它支持机器和设备之间的实时、确定性互联o FPGA很容易支持实现 适应协议标准变化的单一平台★机器视觉：机器视觉设备将高速摄像机和计算机组合起来，在数字 图像采集和分析基础上，完成复杂的检查任务一片FPGA怎样集 成多种功能，支持各种不断发展的总线和摄像机接口★电机控制：设计电机控制应用几乎就是一门艺术，所有的算法都 需要集成到一个设计中，以尽可能高的效率来运行FPGA帮助更高 效的控制电机，更精确的定位电机控制器，同时降低成本和功耗★视频监控：监控摄像机的应用越来越广泛，必须能够提供宽动态 范围(WDR)传感器等更复杂的功能FPGA支持监控摄像机的高清 晰图像处理功能♦医疗市场★诊断成像★电疗★心率处理★生命科学♦军事和航空航天最终市场★安全通信★雷达和声纳★电子战★导航和控制★COTS计算机♦测试和测量最终市场★通信、测试和监控★半导体ATE★通用仪表♦消费类产品★数字电视★显示器/投影仪★家庭网络 ★便携式娱乐★家用电器★DVD播放器/刻录机EDA技术已广泛应用于高校电类专业的实践教学中各种数字集成电路芯片，用VHDL语言可以进行方便的描述，经过 生成元件后可作为一个标准元件进行调用。

同时，借助于VHDL开 发设计平台，可以进行系统的功能仿真和时序仿真，借助于实验开发 系统可以进行硬件功能验证等，因而可大大地简化数字电子技术的实 验，并可根据学生的设计不受限制地开展各种实验EDA技术已广泛应用于科研工作和新产品的开发中由于可编程逻辑器件性能价格比的不断提高，开发软件功能的不断完 善，EDA技术设计电子系统具有用软件的方式设计硬件；设计过程 中可用有关软件进行各种仿真；系统可现场编程，升级；整个系 统可集成在一个芯片上等特点的利用，使其广泛应用于科研工作和新 产品的开发工作中OEDA技术广泛应用于专用集成电路的开发可编程器件制造厂家可按照一定的规格以通用器件大量生产,用户 可按通用器件从市场上选购，然后按自己的要求通过编程实现专用集 成电路的功能因此，对于集成电路制造技术与世界先进的集成电路 制造技术尚有一定差距的我国，开发具有自主知识产权的专用集成电 路，已成为相关专业人员的重要任务EDA技术已用于传统机电设备的升级换代和技术改造传统机电设备的电气控制系统，利用EDA技术进行重新设计或进行 技术改造，不但设计周期短、设计成本低，而且将提高产品或设备的 性能，缩小产品体积，提高产品的技术含量，提高产品的附加值。

由于EDA技术是面向解决电子系统最基本最低层硬件实现问题的技 术，因此就其发展趋势的横向看，势必涉及越来越广阔的电子技术及 电子设计技术领域其中包括电子工程、电子信息、通信、航天航空、 工业自动化、家电、生物工程等等而且随着大规模集成电路技术的 发展和EDA工具软件功能的不断加强，所涉及的领域还将不断扩大; 而从纵向看，EDA技术实现的硬件形式和涉及的理论模型必将走向 一个统一的结合体，即单片系统SOC或SOPCo总结: 参考文献:。