EDA 技术

EDA技术 主讲：李良荣 2012年7-9月制作

李良荣：贵州大学理学院，教授；主要研究方向有电路与系统（EDA技术、电子测量等）、电磁场与微波技术；有EDA教育资源网站（210.40.3.225）李良荣：贵州大学理学院，教授；主要研究方向有电路与系统（EDA技术、电子测量等）、电磁场与微波技术；有EDA教育资源网站（210.40.3.225）

EDA技术教学内容 第一部分：EDA概述 1.1 EDA内涵 1.2 狭义EDA技术第二部分：电子仿真与PCB设计 2.1 仿真测试技术 2.2 PCB版图设计第三部分：PLD开发应用技术 3.1 硬件描述语言 3.2 SOPC设计应用（IP核）

EDA概述 概述 1、广义EDA EDA: Electronic Design Automation 电子设计自动化

（1）电子器件及电路： 器件器件功能器件联系组合电路电路功能的扩展

（2）电路设计： 模拟电路数字电路模数混合电路单片机 PLD（FPGA/CPLD） DSP ARM等等

（3）EDA技术的发展 电子技术的杰出成就计算机的出现计算机软件的发展电子设计项目不断增加的要求 EDA CAD ECAD

（4）EDA技术中的一些方法问题 设计方法（输入方法） *电路图（原理图）输入法 *文本输入法 *波形输入法 *状态图输入法

（5）EDA工具 EDA工具较多目前在国内流行的主要有： EWB(Multisim、Ultiboard等)，orCAD， Proteus，Protel，Quartus II，Quick Work，ISP Synario System，XACT step等等。

2、狭义EDA （1） EDA技术及其发展 EDA技术在进入21世纪后，得到了更大的发展，突出表现在以下几个方面： • 使电子设计成果以自主知识产权的方式得以明确表达和确认成为可能； • 在仿真和设计两方面支持标准硬件描述语言的功能强大的EDA软件不断推出。 • 电子技术全方位纳入EDA领域； • EDA使得电子领域各学科的界限更加模糊，更加互为包容；

（1） EDA技术及其发展 • 更大规模的FPGA和CPLD器件的不断推出； • 基于EDA工具的ASIC设计标准单元已涵盖大规模电子系统及IP核模块； • 软硬件IP核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； • SOPC/SOC高效低成本设计技术的成熟。

（2） IP核 IP(Intellectual Property)就是知识产权核或知识产权模块的意思，在EDA技术和开发中具有十分重要的地位。软 IP IP核固 IP 硬 IP

（3） EDA技术实现目标 作为EDA技术最终实现目标的ASIC，通过三种途径来完成： EDA技术 ASIC设计 SOPC/SOC 门阵列（MPGA）；标准单元（CBIC）；全定制；（FCIC）； ASIC设计 FPGA/CPLD 可编程ASIC 设计混合 ASIC 设计

（3） EDA技术实现目标 （1）超大规模可编程逻辑器件（2）半定制或全定制ASIC （3）混合ASIC

（4）硬件描述语言VHDL 硬件描述语言是EDA技术的重要组成部分，VHDL是作为电子设计主流硬件的描述语言。 VHDL语言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VHDL进行电子系统设计的一个很大的优点是设计者可以专心致力于其功能的实现，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。

（5） VHDL综合 设计过程中的每一步都可称为一个综合环节。 (1)从自然语言转换到VHDL语言算法表示，即自然语言综合； (2) 从算法表示转换到寄存器传输级(Register Transport Level，RTL)，即从行为域到结构域的综合，即行为综合； (3) RTL级表示转换到逻辑门(包括触发器)的表示，即逻辑综合；

（5） VHDL综合 设计过程中的每一步都可称为一个综合环节。 (4)从逻辑门表示转换到版图表示(ASIC设计)，或转换到FPGA的配置网表文件，可称为版图综合或结构综合。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，就可以使对应的FPGA变成具有专门功能的电路器件。

3、编译器和综合器功能比较 C、ASM... 程序软件程序编译器 COMPILER CPU指令/数据代码： 010010 100010 1100 （a）软件语言设计目标流程硬件描述语言综合器 SYNTHESIZER VHDL/VERILOG. 程序为ASIC设计提供的电路网表文件（b）硬件语言设计目标流程

4、VHDL综合器运行流程

5、基于VHDL的自顶向下设计方法 自顶向下的设计流程:

6、EDA与传统电子设计方法的比较 EDA技术有很大不同：（1)采用硬件描述语言作为设计输入。（2)库(Library)的引入。（3)设计文档的管理。（4)强大的系统建模、电路仿真功能。（5)具有自主知识产权。（6)开发技术的标准化、规范化以及IP核的可利用性。（7)适用于高效率大规模系统设计的自顶向下设计方案。（8)全方位地利用计算机自动设计、仿真和测试技术。（9)对设计者的硬件知识和硬件经验要求低。（10)高速性能好。（11)纯硬件系统的高可靠性。手工设计方法的缺点是：（1)复杂电路的设计、调试十分困难。（2)如果某一过程存在错误，查找和修改十分不便。（3)设计过程中产生大量文档，不易管理。（4)对于集成电路设计而言，设计实现过程与具体生产工艺直接相关，因此可移植性差。（5)只有在设计出样机或生产出芯片后才能进行实测。

7、 EDA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，深亚微米(Deep-Submicron)工艺，如0.18μm，0.13μm已经走向成熟，在一个芯片上完成的系统级的集成已成为可能。 • 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高的要求。 • 高性能的EDA工具得到长足的发展，其自动化和智能化程度不断提高，为嵌入式系统设计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，为复杂的SOC设计提供了物理基础。

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