EDA 技术在实验教学中的应用

王晓峰

(长春大学电子信息工程学院,吉林长春 130022)

EDA是电子设计自动化 (Electronic Design Automation)的缩写。EDA技术作为现代电子设计最新技术的结晶,其广阔的应用前景和深远的影响已毋庸置疑,它在信息工程类专业中的基础地位和核心作用也逐渐被人们所认识。许多高等院校开设了相应的课程,并为学生提供了课程设计、综合实验、电子设计竞赛、毕业设计、科学研究和产品开发等EDA技术的综合应用实践环节。相关的工程技术人员也特别重视学习EDA技术,并渴望提高其工程应用能力。因此,EDA技术正是为了适应现代电子产品设计的要求,伴随着计算机、集成电路、电子系统设计的发展,吸收数据库、图形学、图论与拓扑逻辑、计算数学、优化理论等多学科最新成果而逐步形成的一门新技术。

1 EDA技术的基本特征

现代EDA技术的基本特征是采用高级语言描述,具有系统级仿真和综合能力,具有开放式的设计环境及丰富的元器件模型库等。

1.1 硬件描述语言设计输入 硬件描述语言输入是现代EDA系统的主要输入方式。与传统的原理图输入设计方法相比,硬件描述语言更适合于规模日益增大的电子系统,它还是进行逻辑综合优化的重要工具。硬件描述语言可以使得设计者在比较抽象的层次上进行描述设计的结构和内部特征。

1.2 “自顶向下”设计方法 “自顶向下”设计方法是一种概念驱动的设计方法。该方法要求在整个设计过程中尽量运用概念 (即抽象)去描述和分析设计对象,而不要过早地考虑实现该设计的具体电路、元器件和工艺,整个设计在概念上的演化从顶层到底层应当逐步由概括到展开、由粗略到精细。

“自顶向下”设计方法一般是在系统划分和分解的基础上先进行单元设计,在单元的精心设计后逐步向上进行功能块设计,然后再进行子系统的设计,最后完成系统的总设计。

1.3 逻辑综合与优化 逻辑综合是将最新的算法与工程界多年积累的设计经验结合起来,自动地将用真值表、状态图或VHDL硬件描述语言等所描述的数字系统转化为满足设计性能指标要求的逻辑电路,并对电路进行速度、面积等方面的优化。

逻辑综合的特点是将高层次的系统行为设计自动翻译成门级逻辑的电路描述,做到了设计与工艺的相互独立。逻辑综合的作用是根据一个系统的逻辑功能与性能的要求,在一个包含众多结构、功能和性能均已知的逻辑元器件的逻辑单元库的支持下,寻找出一个逻辑网络结构的最佳 (至少是较佳的)实现方案。

1.4 开放性和标准化 开放式的设计环境也称为框架机构。框架是一种软件平台结构,它在EDA系统中负责协调设计过程和管理设计数据,实现数据与工具的双向流动,为EDA工具提供合适的操作环境。任何一个EDA系统只要建立了一个符合标准的开放式框架结构,就可以接纳其他厂商的EDA工具一起进行设计工作。

1.5 库 EDA工具必须配有丰富的库 (Library),包括元器件图形符号库、元器件模型库、工艺参数库、标准单元库、可复用的电路模块库、IP库等,才能够具有强大的设计能力和较高的设计效率。

2 EDA技术的发展趋势

现代EDA技术已经不是某学科的分支或某种新的技能技术,而是一门综合性学科,它融合多学科于一体,又渗透于各学科之中,打破了软件与硬件间的壁垒,使计算机的软件技术与硬件实现、设计效率和产品性能合二为一,它代表了现代电子技术和应用技术的发展方向。

面对当今飞速发展的电子产品市场,设计者需要更加实用、快捷的EDA工具,使用统一的集成化设计环境,改变传统设计思路,将精力集中到设计构思、方案比较和寻找优化设计等方面,需要以最快的速度,开发出性能优良、质量一流的电子产品,对EDA技术提出了更高的要求。未来的EDA技术将在仿真、时序分析、集成电路自动测试、高速印刷电路板设计及开发操作平台的扩展等方面取得新的突破,向着功能强大、简单易学、使用方便的方向发展。

3 EDA技术在实验教学中的应用

在实验教学中应用EDA技术,对于实现实验教学效果有以下优势:提高实验的可靠性,提高学生的实践能力和动手能力,提高实验的开放性,提高实验效率,弥补实验教学条件的不足。

在教学方面,几乎所有理工科 (特别是电子信息)类的高校都开设了EDA课程。其目的是让学生了解EDA的基本概念和基本原理,掌握用VHDL语言编写规范,掌握逻辑综合的理论和算法,使用EDA工具进行电子电路课程的实验验证并从事简单系统的设计。我们学校主要是在CPLD/FPG A实验过程中,通过Altera公司的Max+PlusII软件、Lattice公司的ispEXPERT软件和Xilinx公司的Foundation软件,运用VHDL语言对电子设计过程进行编译、逻辑综合、功能仿真、芯片的引脚锁定、时序仿真和编程下载等操作。

4 总结

EDA技术是顺应迅速发展的通讯技术、电子技术、自动化控制等技术的需要而发展起来的,它使硬件软件化变为现实,国内电子行业已逐渐将EDA技术应用于电子系统设计中。

总之,EDA技术与数字电子技术实验教学的结合是现代教育发展的趋势,是对旧的教学内容和模式加以改革的结果。把EDA技术引入到数字电路教学和实验教学中,对旧的教学内容和模式加以改革,激发了学生对实验的兴趣,提高了教学效率。同时也培养学生的创新意识和创新能力,提高学生的竞争能力,适应了市场的需要。

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