电子设计自动化技术及其应用简述

张彦超

摘要：随着计算机和电子技术的广泛应用，电子工程的发展已经呈现出超速发展的态势。其中，EDA技术成为了现如今电子工程技术之中的一个重要科学技术。文章主要阐述了EDA技术的概念、特点、作用以及其设计的领域。

关键词：EDA；自动化；硬件设计

1 电子设计自动化技术的基本含义及现状

电子设计自动化（Electronic Design Automation，EDA）技术是以计算机科学和微电子技术发展为先导，汇集了计算机图形学、拓扑逻辑学、微电子工艺与结构学和计算数学等多种计算机应用学科最新成果的先进技术，它是在先进的计算机工作平台上开发出的一整套电子系统设计的软件工具。从上个世纪中叶开始，相关的科学技术人员相继研发出种类繁多的计算机辅助设计工具，通过这些工具帮助设计研究人员完成电子系统和集成电路的作业设计，也正是因为这样，EDA技术的发展在集成电路飞速发展的严峻形势下，也不得不完成自身技术的创新与飞跃，为更大规模庞大的集成电路系统设计与制造提供更多的支持，以此来适应社会生活和生产的需要。

EDA是从20世纪60年代中期的计算机辅助设计（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）的概念中中发展过来的，它是电子设计自动化的缩写。EDA技术就是以计算机作为主要工具，在EDA软件的工作平台上，设计者使用硬件描述语言VHDL来进行设计，而后由计算机自动的完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。这一技术是电子计算机、微电子操作技术、电路知识、信息收集分析和信号处理等多项技术的结晶。

如今对EDA概念的诠释延伸了很多领域，不仅仅局限于某一行业内。在机械、通信、电子、航空航天、矿产、化工、医学、生物、军事等领域内，都会发现有EDA技术的身影。EDA在教学、科研、产品设计与制造等多个方面都能够发挥出其重要的作用。在教学方面，现在EDA课程几乎都要遍及到所有理工科类的高等院校，是一项热门的科学专业。学校传授的EDA技术，主要是要让学生认识、了解EDA的基本概念和基本的理论，能够掌握运用HDL语言编写简单的规范、了解掌握逻辑综合的理论和算法，能够运用EDA技术平台独立进行电子电路课程的实验验证并从事简单系统的设计。一般学习电路仿真工具（如multiSIM、PSPICE）和PLD开发工具（如Altera/Xilinx的器件结构及开发系统）。科研方面主要利用电路仿真工具（multiSIM或PSPICE）进行电路设计与仿真；利用虚拟仪器进行产品测试；将CPLD/FPGA器件实际应用到仪器设备中；从事PCB设计和ASIC设计等。在产品设计与制造方面，包括计算机仿真，产品开发中的EDA工具应用、系统级模拟及测试环境的仿真，生产流水线的EDA技术应用、产品测试等各个环节。EDA软件的功能日益强大，原来功能比较单一的软件，现在增加了很多新用途。如AutoCAD软件可用于机械及建筑设计，也扩展到建筑装璜及各类效果图、汽车和飞机的模型、电影特技等领域。

2 EDA技术的特点

EDA技术是一种基于计算机和信息技术为一体的电子系统设计技术。这门技术以其自顶向下的设计程序确保了整套设计方案的科学合理。EDA技术具有以下几个特点：①系统的硬件设计采用的是电子软件平台；②设计出来的软件系统到实现硬件系统的过程是由开发软件独立自动完成的；③在设计的过程中可以使用很多相关软件进行具体的仿真；④具有高层综合和优化的功能；⑤有大规模的可编程器件来实现系统；⑥系统升级灵活，可以在现场进行编程；⑦操作环境开放性、标准化，能够实现资源共享和技术移植；⑧平面规划技术的使用，可以将逻辑综合和物理版图设计进行联合管理；⑨支持团队式合作，可以共同协作、分工设计；⑩由于设计过程是在软件上进行的，所以在设计过程中可以不断的进行测试和纠错，达到所要求的标准。EDA的特点有很多，这些方面使得该项技术在未来有很好的发展前景，在更宽广的范围能会得到广泛的运用。

3 EDA技术的应用

EDA技术使得设计人员无需真正得到设计成果之后才能够测评，只需在设计过程中不断地进行仿真、测试、纠错，就可是实现设计理念的灌输。在电路设计中可以进行温度分析和统计分析，以便于确定最适合元件参数、最佳电路结构和系统的稳定程度，能够方便快捷的优化电路设计。以往的测评都会有一些误差，出现许多相关的问题，而EDA技术的运用正式解决了这一难题，实现了数据测试和特性分析的目标。

4 常用EDA软件

4.1 PCB

PCB（Printed-Circuit Board）设计软件更是种类繁多，如Protel、OrCAD、Viewlogic、PowerPCB、Cadence PSD、MentorGraphices的Expedition PCB、Zuken CadStart、Winboard/Windraft/Ivex-SPICE、PCB Studio、TANGO、PCBWizard（与LiveWire配套的PCB制作软件包）、ultiBOARD7（与multiSIM2001配套的PCB制作软件包）等等。它在我国使用的比较早，普及的比较广泛，在大多数的电路公司都能够看到使用PCB。PCB设计软件是一个很完整的、全方位的电路设计系统，是一个较为成熟的设计软件，它包括了电路设计过程中的全部环节，并且还可以兼容一些其他的设计软件。

4.2 IC

IC也有很多的设计工具，在ASIC设计领域知名并具有享誉的品牌有Cadence、Mentor Graphics和Synopsys。这三家供应商占有比较大的市场份额，具有相当大的权威性。熊猫2000是我国华大公司提供的ASIC设计软件。下面按照用途介绍一些IC设计软件。①设计输入工具。这是EDA软件必备的基本功能，这是使用EDA软件的基本条件。②设计仿真工具。设计、使用EDA进行电路设计，最大的好处就在于不用真实的制作出完成品进行测评，而是通过设计软件就可以进行仿真，以此来验证设计理念是否合理，并且通过仿真还可以进行测试、纠错，完善设计计划。这大大的提高了设计效率和成品的标准性。③布局和布线。Cadence软件是在IC设计中布局布线功能比较满足使用的。

4.3 PLD设计工具

PLD（Programmable Logic Device）是用户依据自己的实际需求而自行构造逻辑功能的数字集成电路。主要应用的有两种类型：CPLD（Complex PLD）和FPGA（Fidld Programmable Gate Array）。这两种类型的基本设计方法主要是通过EDA软件，以其原理图、状态机、布尔表达式、硬件描述语言等方式来实现生成相应的目标文件，而后用编程器或者下载电缆，由目标器件实现。PLD的供应商有很多，其中最知名最权威的商家是Altera、Xilinx和Lattice公司。一般PLD的开发工具都是由生产厂家配送，但科技的进步使得需要的软件越来越复杂，制造商无法满足设计的全部需求，而今主要的功能软件则是由软件公司和生产厂家联合提供。

EDA技术的兴起，是实现硬件设备设计自动化、智能化的开端。其使用的广泛、功能的强大、应用工具的多样使得硬件设计走入了一个新篇章。EDA技术好像电子设计领域爆发的一场新的革命，并且革命正处于高潮阶段，每一年都会有大量的新型EDA工具出现，作为电子产品开发研制的动力，采用EDA技术制作的电子产品具有容量大、实时性好、体积小、可靠性高的优点。但是，目前我国的该技术的发展还处于中等水平，远不及韩国日本等发达国家，所以，广大的电子设计工程工作者应该尽早地掌握这一前沿技术，不仅是提高效率的需要，更是开发高附加值电子产品的需要。随着21世纪的到来EDA技术在移动通信系统、卫星系统等对重量、 体积及速度敏感的领域将具有重要的实用价值。根据最新的统计结果显示，我国和印度正在成为EDA技术设计方面发展最快的两个市场，相信在不久的将来，我国的科技工作者和设计团队会赶上世界先进水平，将这一优秀的电子设计技术更好的应用到社会发展的各个领域，为祖国建设提供更好的技术支持。