電子系統設計論文

導語：電子系統設計論文一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

一、EDA技術的定義及構成

所謂EDA技術是在電子CAD技術基礎上發展起來的計算機軟件系統。它是以計算機為工作平臺，以硬件描述語言為系統邏輯描述的主要表達方式，以EDA工具軟件為開發環境，以大規模可編程邏輯器件PLD(ProgrammableLogicDevice)為設計載體，以專用集成電路ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)、單片電子系統SOC(SystemOnaChip)芯片為目標器件，以電子系統設計為應用方向的電子產品自動化設計過程[J]。在此過程中，設計者只需利用硬件描述語言HDL(HardwareDescriptionlanguage)，在EDA工具軟件中完成對系統硬件功能的描述，EDA工具便會自動完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優化、布局、布線和仿真，直至特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作，最終形成集成電子系統或專用集成芯片。盡管目標系統是硬件，但整個設計和修改過程如同完成軟件設計一樣方便和高效。

現代EDA技術的基本特征是采用高級語言描述，具有系統級仿真和綜合能力。EDA技術研究的對象是電子設計的全過程，有系統級、電路級和物理級各個層次的設計。EDA技術研究的范疇相當廣泛，從ASIC開發與應用角度看，包含以下子模塊：設計輸入子模塊、設計數據庫子模塊、分析驗證子模塊、綜合仿真子模塊和布局布線子模塊等。EDA主要采用并行工程和“自頂向下”的設計方法，然后從系統設計入手，在頂層進行功能方框圖的劃分和結構設計，在方框圖一級進行仿真、糾錯，并用VHDL等硬件描述語言對高層次的系統行為進行描述，在系統一級進行驗證，最后再用邏輯綜合優化工具生成具體的門級邏輯電路的網表，其對應的物理實現級可以是印刷電路板或專用集成電路。

二、EDA技術的發展

EDA技術的發展至今經歷了三個階段：電子線路的CAD是EDA發展的初級階段，是高級EDA系統的重要組成部分。它利用計算機的圖形編輯、分析和存儲等能力，協助工程師設計電子系統的電路圖、印制電路板和集成電路板圖。它可以減少設計人員的繁瑣重復勞動，但自動化程度低，需要人工干預整個設計過程。

EDA技術中級階段已具備了設計自動化的功能。其主要特征是具備了自動布局布線和電路的計算機仿真、分析和驗證功能。其作用已不僅僅是輔助設計，而且可以代替人進行某種思維。

高級EDA階段，又稱為ESDA(電子系統設計自動化)系統。過去傳統的電子系統電子產品的設計方法是采用自底而上(Bottom-UP)的程式，設計者先對系統結構分塊，直接進行電路級的設計。EDA技術高級階段采用一種新的設計概念：自頂而下(TOP-Down)的設計程式和并行工程(ConcurrentEngineering)的設計方法，設計者的精力主要集中在所設計電子產品的準確定義上，EDA系統去完成電子產品的系統級至物理級的設計。此階段EDA技術的主要特征是支持高級語言對系統進行描述。可進行系統級的仿真和綜合。

三、基于EDA技術的電子系統設計方法

1.電子系統電路級設計

首先確定設計方案，同時要選擇能實現該方案的合適元器件，然后根據具體的元器件設計電路原理圖。接著進行第一次仿真，包括數字電路的邏輯模擬、故障分析、模擬電路的交直流分析和瞬態分析。系統在進行仿真時，必須要有元件模型庫的支持，計算機上模擬的輸入輸出波形代替了實際電路調試中的信號源和示波器。這一次仿真主要是檢驗設計方案在功能方面的正確性。仿真通過后，根據原理圖產生的電氣連接網絡表進行PCB板的自動布局布線。在制作PCB板之前還可以進行后分析，包括熱分析、噪聲及竄擾分析、電磁兼容分析和可靠性分析等，并且可以將分析后的結果參數反標回電路圖，進行第二次仿真，也稱為后仿真，這一次仿真主要是檢驗PCB板在實際工作環境中的可行性。

可見，電路級的EDA技術使電子工程師在實際的電子系統產生之前，就可以全面了解系統的功能特性和物理特性，從而將開發過程中出現的缺陷消滅在設計階段，不僅縮短了開發時間，也降低了開發成本。2.系統級設計

系統級設計是一種“概念驅動式”設計，設計人員無須通過門級原理圖描述電路，而是針對設計目標進行功能描述。由于擺脫了電路細節的束縛，設計人員可以把精力集中于創造性概念構思與方案上，一旦這些概念構思以高層次描述的形式輸入計算機后，EDA系統就能以規則驅動的方式自動完成整個設計。

系統級設計的步驟如下：

第一步：按照“自頂向下”的設計方法進行系統劃分。

第二步：輸入VHDL代碼，這是系統級設計中最為普遍的輸入方式。此外，還可以采用圖形輸入方式(框圖、狀態圖等)，這種輸入方式具有直觀、容易理解的優點。

第三步：將以上的設計輸入編譯成標準的VHDL文件。對于大型設計，還要進行代碼級的功能仿真，主要是檢驗系統功能設計的正確性，因為對于大型設計，綜合、適配要花費數小時，在綜合前對源代碼仿真，就可以大大減少設計重復的次數和時間，一般情況下，可略去這一仿真步驟。

第四步：利用綜合器對VHDL源代碼進行綜合優化處理，生成門級描述的網表文件，這是將高層次描述轉化為硬件電路的關鍵步驟。綜合優化是針對ASIC芯片供應商的某一產品系列進行的，所以綜合的過程要在相應的廠家綜合庫支持下才能完成。綜合后，可利用產生的網表文件進行適配前的時序仿真，仿真過程不涉及具體器件的硬件特性，較為粗略。一般設計，這一仿真步驟也可略去。

第五步：利用適配器將綜合后的網表文件針對某一具體的目標器件進行邏輯映射操作，包括底層器件配置、邏輯分割、邏輯優化和布局布線。

第六步：將適配器產生的器件編程文件通過編程器或下載電纜載入到目標芯片FPGA或CPLD中。如果是大批量產品開發，通過更換相應的廠家綜合庫，可以很容易轉由ASIC形式實現。

四、前景展望

21世紀將是EDA技術的高速發展時期，EDA技術是現代電子設計技術的發展方向，并著眼于數字邏輯向模擬電路和數模混合電路的方向發展。EDA將會超越電子設計的范疇進入其他領域隨著集成電路技術的高速發展，數字系統正朝著更高集成度、超小型化、高性能、高可靠性和低功耗的系統級芯片(SoC，SystemonChip)方向發展，借助于硬件描述語言的國際標準VHDL和強大的EDA工具，可減少設計風險并縮短周期，隨著VHDL語言使用范圍的日益擴大，必將給硬件設計領域帶來巨大的變革。

［摘要］本文從EDA技術的定義及構成出發，系統介紹了EDA技術的發展概況，以及基于EDA技術的電子系統設計的方法和步驟，快速實現系統數字集成，具有深刻的理論意義和實際應用價值。

［關鍵詞］EDA技術電子系統仿真

二十世紀后半期，隨著集成電路和計算機的不斷發展，電子技術面臨著嚴峻的挑戰。由于電子技術發展周期不斷縮短，專用集成電路(ASIC)的設計面臨著難度不斷提高與設計周期不斷縮短的矛盾。為了解決這個問題，要求我們必須采用新的設計方法和使用高層次的設計工具。在此情況下，EDA(ElectronicDesignAutomation即電子設計自動化)技術應運而生。隨著電子技術的發展及縮短電子系統設計周期的要求，EDA技術得到了迅猛發展。

參考文獻：

[1]譚會生，張昌凡.EDA技術及應用[M].西安：西安電子科技大學出版社，2001.

[2]李經智.EDA技術及其應用[J].齊齊哈爾大學學報，2006.

[3]杜軍.虛擬現實技術在教學中的應用[J].山東師范大學學報(自然科學版)，2005，20(2)：121.